DE1464417A1 - Keramikkondensator und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Description

Dipl.-Ing. Egon Prinz München-Pasing, den "Z Juli'663 Pr. Gertrud Hausar 1 A R A Λ 1 7
Dipl.-Ing.r-otfried Leiser

Münchan-Pasing ?
BodenseestraBe Sa ,

Telefon 80227 PestsdMckfcto. Manchen 11707»

AEROVOX OORPORAiDION, Belleville Avenue, New Bedford/Mass.

Unser Zeichen: A 1141

Keramikkondensator und Verfahren zu seiner Herstellung

Die Erfindung bezieht sich auf einen Mehrschichtkondensator und insbesondere auf einen solchen, in dem Dielek trikumschichteii mit Metallschichten abwechseln»

Ziel der Erfindung ist ein neues Herstellungsverfahren für einen Mehrschichtkondensator, welches einen unempfindlichen, einstückigen Aufbau ergibt und welches dazu beiträgt, den Kondensator ausaerst klein und trotzdem sehr betriebssicher zu gestalten.

Ziel der Erfindung ist weiterhin eine neue Art zur Herstellung von Kondensatoren, insbesondere für Plugzeug- und Raumfahrtausrüstungen, bei denen geringer Raumbedarf, Wirtschaftlichkeit, Betriebssicherheit und Ilnemp-

909813/0962 _0Rig,nal inspected

findlichkeit äusaerst wünschenswert sind, und bei denen seiir dünne Teile verwendet werden können, ohne daß die Brüohigkeit des Materials Schwierigkeiten bereitet.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist ein Herstellui^Bverfahren für einen Keramikkondensator, der im Vergleich zu seiner Kapazität extrem klein ist.

Im Hinblick auf diese Ziele erschien es wünschenswert, Keramikmaterialien mit hoher Dielektrizitätskonstante zu verwenden, insbesondere Mischungen von Titanaten, Zirkonaten und Stannaten der Erdalkalien wie Calcium, Barium und Strontium sowie Titandioxyd. Es ist jedoch ebenso möglich, Keramikmaterialien mit niedrigerer Dielektrizitätskonstante zu verwenden wie Tonerde, Steatit und andere Silicate. Derart extrem kompakte Kondensatoren werden folgendermassen hergestellt.

Zuerst werden dünne, biegsame Blätter aus einer Keramik-Zusammensetzung, die ein Kunststoffbindemittel enthält, bandartig aus einem Brei gegossen, der frei von Blasen und Luftlöchern ist. Alle diese durch Luft oder andere Gase verursachten Blasen und Löcher müssen vor dem G-iessen aus dem Brei entfernt werden.

Dann 909813/0962

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Dann werden die dünnen, biegsamen bandförmigen Keramikblätter, die so mittels G-iessen hergestellt wurden, auf beiden Seiten mit Elektroden aus einem schwer schmelzbaren Metall, das bei der Brenntemperatur der Keramikzusammensetzung nicht oxydiert, beispielsweise durch Bestrei-. chen versehen. Das Aufbringen der Elektroden wiederholt . sich in räumlichen Abständen auf den Bändern, so daß die mit Elektroden versehenen Blätter aus dem Band zu einem Stapel oder einzeln in einer Mehrfaohmatrize ausgestanzt werden können.

Blätter, die vorher deckend aufeinander angeordnet wurden, können ebenfalls in eine Mehrfachmatrize ausgestanzt werden·

Das metallische Elektrodenmaterial besteht vorzugsweise aus fein verteilten Partikeln von Palladium, Platin oder einem anderen Metall, das nicht oxydieren kann.

Wird nur ein einziges Band ausgestanzt, so wechseln zwei Elektrodenmuster in ihrer Form längs des Bandes so ab, daß sie sich auf jedem ausgeschnittenen Blatt nur in jeder zweiten Stellung wiederholen.

Werden zwei Bänder gleichzeitig ausgestanzt, so tragen die aufeinanderliegenden Ober- und Unterseiten der beiden Bänder abwechselnd die übereinstimmenden Muster. Auf den aioh

909813/0962 berührenden

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berührenden Seiten werden die gleichen Muster aufeinander gelegt, so daß hier die Elektroden die doppelte Dicke haben.

Die fein verteilten metallischen Substanzen sind in einem Träger zusammen mit einem Bindemittel suspendiert und die Suspension wird auf beiden Seiten der dünnen, biegsamen Keramikblätter durch Offsetdruck, Aufsprühen, Aufstreichen mit einem Pinsel oder durch ein Sieb-Druck-Verfahren aufgetragen.

Das Muster, d.h. die Form der aufgebrachten Metallisierung weohselt so ab, daß jede zweite Elektrode auf den sich berührenden Seiten die gleiche Form aufweist,aber mit den Elektroden an den näohsten sich berührenden Flächen nicht übereinstimmt. Das Muster hängt in seiner Form sowohl von der endgültigen Form und Grosse des Kondensators ab, wie auch von der lage der äusseren Stromkreisansohlüsse an die verschiedenen Blätter des Kondensators·

Als näohstes werden die metallisierten Blätter nach dem Trocknen an den entsprechenden Stellen rings um die Elektrode in einer Matrize der erwünschten Grosse und Form ausgestanzt} es werden so viele Blätter ausgestanzt, als zum Erreichen der verlangten Kapazität durch Parallelsohalten der Elemente erforderlich sind. Jede zweite Elektrode weist

909813/0962 ,, eine

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, eine freiliegende Xante oder auch einen freigelegten Teil an der gleionen Schnittkante auf, welohe der Schnittkante angewendet ist, an der die daswisohenliegenden Elektroden freiliegen. Jede Gruppe von eioh berührenden Seiten bildet ao eine gemeinsame Elektrode.

Vaohdem die erforderliohe Anzahl von Slattern in einer Matriie zu einem Stapel gestanzt iet_t wird mit dem Stempel bsw· den Stempeln, ohne daß die Teile aus der Matrize herausgenommen werden, auf die gestapelten Teile in der Matriee ein Druck von ungefähr 10 bis 20 to/square inch auegeübt.

Die Blättern werden daduroh mit ihren Elektroden zu einem festen einstückigen Aufbau susammengepresst,der naoh dem Brennen äueserst unempfindlich ist.

Als weitere Möglichkeit, von der jedoch selener Gebrauoh gemacht wird, kann jedes Blatt für sich quadratisch, rechtwinkelig oder rund ausgestanzt und dann mit übereinstimmenden Mustern auf den sich berührenden Flächen mit Elektroden versehen oder metallisiert werden* Dabei weohseln die Muster in Form und Lage auf den aufeinanderfolgenden, si oh berührenden Seiten ab· Ansohliessend werden die Blätter in eine andere Matrise von entsprechender gleicher form und Abmessung sum Zusammenpressen gebraoht.

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Das Game wird sohliesslioh au· der Hatrlie aufgeworfen und dann sum Fertigstellen der Parallelverbindungen duroh Bestreichen oder anderweitiges Bedeoken Bit Metallteilchen an den entsprechenden Kanten bzw. Pläohen metallieiert.

E* kann daa gleiche Metall -verwendet werden, da« auf die Seiten der Blätter für die Slektroden aufgebracht wurde.

Ee kann zwar die Metallisierung an den Kanten vor dem Brennen weggelassen werden und Silber nach dem Brennen sowohl für die Parallelverbindungen ale auoh für die Ansohluasdrähte verwendet werden} jedoch ist es aus Gründen der Wirtschaftlichkeit wünschenswert, vor den Brennen lu metallisieren und dadurch Verbindungen von grös-■erer Betriebssicherheit iu bekommen. Sie Parallelverbindung kann im ungebrannten Zustand aus dem gleichen Material wie die Elektroden hergestellt werden} und naoh dem Brennen kann zusätzlich Silber zur Sicherung der Verbindung und zur Erhöhung ihrer Betriebssicherheit aufgebracht werden.

Sie Teile werden dann bei der Garbrand "temperatur gebrannt, Welohe aioh mit der genauen Zusammensetzung ändert und im Bereioh zwischen 2100°* und 260O⁰P liegt. Sodann werden die gebrannten Stücke an den Enden der Elektroden versilbert und die Anschlussdrahtβ wie üblich angelötet. Zuletzt wird

der Einheit ein schützender, isolierender Überzug gegeben. 909113/0962

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Sie Form des Kondensators kann quadratisoh, rechteckig oder rund sein und die Blätter können mit oder ohne Rand ausgeführt werden· Es können auoh andere unregelmäsaige Formen hergestellt werden, welche an die Einheit angepasst sind, in der der Kondensator verwendet werden soll. Diese Formen können auch seitliohe Einschnitte zum Unterbringen von Passteilen aufweisen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeiohnung dargestellt. Es zeigern

Fig. 1 eine schematische Oberansioht, welche die Oberseite eines der Blätter oder Bänder zeigt, die einen mit Rändern versehenen Stapel ergeben,

Fig. 2 eine sohematische Unteransioht des Blattes oder

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Fig. 3 einen Querschnitt nach linie 3-3 von Fig. 1 und 2, der die aufeinandergeschiohteten Blätter zeigt,

Fig. 4 sohematisoh eine perspektivische Oberansicht der gestapelten Blätter nach dem Zusammenpressen und

• - ' -■■■-,' ' ..·..■■ -,■·.·. '"'' dem Entfernen aus der Matrize,

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t Pig. 5 eine perspektivische Ansicht eines Querschnitts nach Linie 5-5 von Pig. 4»

Pig.. (5 eine perspektivische Oberansicht des vollständigen'Keramikkondensator s mit den Anschlussdrähten,

Pig.7a eine sohematische Oberansicht eines metallisier·* > ten keramischen Elektrodenblattes einer anderen Aueführungsform,

Pig.7b eine Unteransicht des bandartigen Elektrodenblatte β nach Pig.7a,

Pig. 8 eine schematische, perspektivische Oberansioht, die erkennen lässt, wie die gemäss Pig. 7a und 7b mit einer Elektrode versehenen Blätter zu mehreren geetanzt werden können,

Pig. 9 eine perspektivische, schematische Oberansicht,der gestapelten Blätter nach dem Ausstanzen, Stapeln und Zusammenpressen,

eine perspektivische Oberansioht des vollständigen Kondensators,

Pig.11

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Pig.11 eine Oberanaioht einea mit einer Elektrode veraehenen Keramikblattes, das für ein weiteres Auaführungsbeiepiel verwendet wird,

Pig.12 eine Unteranaioht dea Blattea nach Fig.11 mit getrennten, metallisierten Abschnitten,

Fig.13 eine Ansioht eines Querschnitts naoh Linie 13-13 der Pig.11 und 12, in weloher die in einer Matrize übereinander gestapelten Blätter zu sehen sind,

Pig.14 eine perspektivische Oberansicht eines Stapele entspreohend der Anordnung naoh Pig.11-13, in der die lege der freigelegten Elektroden an den verschiedenen Seiten des Stapels zu sehen ist,

Pig.15 eine Ansioht eines Querschnitts nach Linie 15-15 von Pig. 14, welohe die innere Lage der Elektroden zeigt,

Pig.16 eine perspektivische Oberansicht des vollständigen Kondensators,

Pig.17 eine echematisohe Ansioht der Oberseite eines Kondensatorblattelements gemäss einer weiteren Ausführungsform,

Pig. 18 909813/0962

m_SPecTE0

- 10 Pig.18 eine Unteransicht des Blattes nach Pig.171

Pig.19 eine Ansioht eines Vertikaleohnitts der gestapelten Blätter nach Linie 19-19 von Pig. 17 und 18, welche den Stapel während dee Stanzens zeigt,

Pig.20 eine perspektivische Oberansicht, in welcher der durch das Stanzen gemäas Pig.19 gebildete Stapel ausgestanzter und zusammengepresster Blattelemente zu sehen ist,

Pig.21 eine perspektivische Oberansicht ähnlich Pig.20 des Stapels mit einer Mittelöffnung,

Pig.22 einen Querschnitt nach Linie 22-22 von Pig.21 in Seitenansicht, in dem die Anordnung eines auf der Hittelöffnung aufmetallisierten Belage zu sehen ist,

Pig.23 eine Oberansicht des Stapelsnach Pig.24 mit einer mittleren Anschlussleitung, die, in der Mittelöffnung am Umfang angebracht ist, und mit dem um den Stapel angebrachten Gehäuse,

Pig.24 eine Ansicht eines Vertikal-Sohnitts naoh Linie 24-24 von Pig«23, die den inneren Aufbau der Einheit naoh Pig.23 in vergröasertem Massstab dazu zeigt, und

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ORIGINAL JNSPECTED

Jig.25 eint Ansioht eines Querschnitts ähnlich Pig.24 mit einer Abdeckmasse.

Das Verfahren, wie die Blätter aus einer Kerajtikmisohung geformt werden, ist in der USA-Patenteohrift 3 004 197 , beschrieben.

Dae Verfahren soll folgendermassen ausammengefaest werdenι

Die keramisohe Misohung, aus der die Blätter gemacht werden, enthält das Keramikpulver, z.B. CaIοium- und Bariumtitanat und -zirconat, welches in einer wässrigen oder organischen Flüssigkeit aufgesohlämmt ist} in dieser Zusammensetzung· wird es mit Bindemitteln, wie z.B. Polyvinylalkohol und Deflockulationsmitteln, wie z.B. Lignaten oder Alignaten gemischt.

Der Brei wird durch Entlüften von Blasen und Luftlöchern befreit, indem er z.B. vor dem Giessen und Ausformen in Blattform einem Vakuum ausgesetzt wird.

Das Entlüften kann, solange das Material vor dem öiessen in Schichten eine Aufschlämmung darstellt, in einer Diaper«ionsmasohine unter einem Vakuum von 28^N durchgeführt werden} hierbei werden gleichzeitig alle AgglomeÄte aufgelöst.

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INSPECTED

Die Aufschlämmung wird dann auf einer glatten, undurchlässigen Fläche ausgegossen und zum Dehydrieren, d.h. Trocknen, in einen Ofen gebracht, so daß ein biegsames, zusammenhängendes Blatt geformt wird, welches zusammen mit dem Bindemittel, das die Partikel zusammenhält, gehandhabt und gestanzt werden kann.

Die geformten Blätter enthalten ca. 8 bis 15 i» polymerisohes Bindemittel, im allgemeinen Polyvinylalkohol.

Die Blätter sind im gebrannten Zustand zwisohen 1/1000 und 12/1000 Zoll stark und zwischen 1,25/1000 und I5/IOOO Zoll stark, bevor sie beim Brennen schrumpfen.

Das Metallisieren erfolgt z.B. mittels Siebdruck oder Zerstäuben einer Suspension von Platin oder Palladium oder anderer edler Metalle, welche bei der Brenntemperatur nicht aohmelzen und nicht oxydieren.

Das Platin oder Palladium wird in einer Feinheit von 1 bis 10 Mikron schliesslich in einem organischen Lösungsmittel mit hohem Siedepunkt wie Butylcellosolve oder Oarbitolacetat in Anwesenheit eines organischen Bindemittels verteilt.

Das

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Dae Blatt iit vorzugsweise von kontinuierlicher form und kann aufgerollt und dann zum Metallisieren und Stanzen widder entrollt werden.

In den beschriebenen Ausführungsbeispielen sind einzelne Blätter und Bänder zur Erläuterung der Erfindung dargestellt.

In den Fig. 1 bis 6 let als Ausfuhrungsbeispiel ein Mehrvehiohtkondensator mit einem Rand dargestellt. Ein dünnes Blatt 16, welches ohne Blasen, Luftlöcher od.dgl. hergestellt wurde_f 1st in flg. 1 in Oberansioht und in Jig. 2 in Unteraneioht zu sehen. Gtemäss Mg. 1 und 2 ist das Blatt 16 auf der Oberseite mit einer Metallisierung 10 und auf der Unterseite mit einer Metallisierung 11 \eEBehen einsohliess» lieh einander entgegengesetzter Lappen 12 und 13, welche für farallelansohlüsse vorgesehen sind·

Das Muster ist auf den β ion berührenden Flächen gleich und jeweils auf der Gegenseite umgekehrt.

Sine Stanzlinie 14 ist in Pig. 1 und 2 gestrichelt gezeichnet. Die Elektroden, die gemäss Fig. 1 aufder Oberseite aue einem Quadrat 10 mit dem vorstehenden Lappen 12 und gemäea Fig. 2 auf der Unterseite aus einem Quadrat 11 mit dem vorstehenden Lappen 13 bestehen, werden vorzugsweise duroh Metallisieren mit Palladium hergestellt.

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ORIGINAL INSPECTED

-H-

Naohdem daa Metall auf jedem Blatt oder auf einem durchgehenden Band jeweils auf beiden Seiten so aufgebracht wurde, wie es die Elektroden 10-12 auf der Oberseite sowie 11-13 auf der Unterseite zeigen, wird der Belag bei Zimmertemperatur oder in einem Ofen bei ungefähr 60 bia 80 getrocknet.

Die Keramikbänder oder -blätter werden dann entweder einzeln oder zu mehreren gestanzt, so daß das Material 15 auaserhalb der gestrichelten Linien gemäss Pig. 1 und 2 entfernt wird.

Das Keramikband, das gemäss den Fig. 1 bis 3 aus einer fortlaufenden Reihe von Blättern 16 besteht, wird auf die Oberseite 17 einer Matrize 18 gelegt. Der obere Stempel 19 stanzt nun nacheinander Einheiten entlang der Stanzlinie 14 aus und schichtet daduroh in eine» Hohlraum 22 der Matrize einen Stapel 20 gegen den unteren Stempel 21. Die lappen 12 und 13 stehen abwechselnd vorwärts und rückwärts nach den entgegengesetzten Seiten des Hohlraums 22 vor und werden bündig mit der Seite des Stapels abgeschnitten.

In dem Stapel (siehe Fig. 3), der geformt, gepresst und dann aus der Matrize herausgenommen wurde, ist nun eine Reihe von Lappen vorhanden, welohe den Lappen 12 und 13 entsprechen, und deren Enden an entgegengesetzten Seiten vorstehen, wie bei 23 und 24- zu sehen ist·

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ORIGINAL INSPECTÜO

In der Matrize 18 werden die Blätter oder Bänder entweder einsein oder zu mehreren ausgestanzt, wobei gemäss flg. 1 und 2 seitlich Ränder 26 stehen gelassen werden·

Die Zahl der Batter, die im Stapel gleichzeitig gestanzt werden soll, hängt von der Stärke des einzelnen Blattes ab.

Haoh dem Stanzen sind die Blätter in dem endgültigen Stapel so angeordnet, daß sich die Lappenkanten 23 und 24 in riohtiger Lage zum Aufbringen der Metallisierung befinden, die mit Silber oder einem anderen leitenden Material durohgeführt wird.

Der in Pig. 4 und 5 dargestellte endgültige Stapel wurde unter einem Druok von etwa 10 bis 20 to/square inch in der Matrize 18 zusammengepresst und die Blätter sind im endgültigen Aufbau gemäss Pig. 4, 5 und 6 Jeweils 0,003" stark, wobei die verschiedenen Blätter gemäss Fig. 1 und 2 im wesentlichen ein Ganzes bilden.

An den Seitenflächen 26 sind nur die Lappenkanten 23 und der einander entgegengesetzten Lappen 12 und 13 zum Anschluss verfügbar.

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Das ganze Stück gemäss Pig. 4 wird bei einer Temperatur von etwa 2100 bis 260O⁰P gebrannt, so daß ein harter, starrer Dielektrikumblock mit dazwischenliegenden, abwechselnden Elektroden 10-12 und 11-13 entsteht.

Bin auf den gebrannten Block aufgebrachtes Metallisierungsband 25 kann aus Silber bestehen« Anschlussdrähte 27 werden vorzugsweise durch eine Lötung 29 an das Metallisierungsband 25 angelötet.

Rings um den fertigen Block (siehe Pig« 6) kann eine isolierende Abdeckung angebracht werden.

So entsteht ein mehrschichtiger Kleinkondensator, der innerhalb der Stanzlinien 14 mit dielektrischen seitlichen Rändern 28 versehen ist, welche einen Schutzrand bilden, der den Kondensator umhüllt«

Vorzugsweise sind das oberste und unterste Blatt überhaupt nioht oder nur auf ihren Innenseiten metallisiert, so dass alle Elektroden im Block vereinigt und eingebettet sind.

In Pig.7a bis 10 ist ein randloser Mehrschichtkondensator dargestellt. Durch Weglassen der in Pig. 1 und 2 gezeigten Ränder 28 kann die Einheit kompakter und die Bearbeitung leichter mechanisierbar gemacht werden.

Durch

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ORIGINAL INSPECTED

Durch den Fortfall der Seitenränder nach Fig.7a bis 10 vergrössert sieh die kapazitive Fläche um diesen Betrag, so daß eine höhere Kapazität pro Volumeneinheit erreicht werden kann, als bei den Einheiten gemäss Fig. 1 bis 6 mit allseitigen Händern· Eine solche Konstruktion ermöglicht ausβerdem eine Kapazitätseiehung«,

Die Stärke des Dielektrikums selbst bildet den isolierenden Zwischenraum, der bei Einheiten für niedrige Spannung unkritisoh ist.

In der besonderen Ausführungsform weist das Keramikband 35 gemäss Fig.7a eine Elektrode 36 in Form einer Metallauflage auf mit einem Hand 40 entlang der Oberkante. Auf der anderen Seite dee Keramikbandes ist die metallisierte Metallauflage der Elektrode 38 gemäss Fig.7b so angebracht, daß der Hand 41 sich an der Unterkante des Bandes befindet.Das Metallisierungematerial der Elektroden 3b und 38 kann ein Edelmetall, z.B. Palladium, sein*

Diese Keramikbänder werden dann so aufeinandergelegt, daß die Ränder 40 und 41, wie in Fig· 8 deutlich zu seben_vabwechselnd auf einander gegenüberliegenden Seittn liegen.Di· paarweise oder in mehreren Paaren übereinandergelegten Ktranikbändtr können wie bei 42 su ethen autgtetanst und tu •in·* Staptl gtnäia Fig. 9 aufaiuitngtprtiat werden.

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ORIGINAL

Bei der Anordnung, wie sie im Stapel gemäss Fig. 9 getroffen ist, liegen sämtliche Elektroden an den beiden Seiten 43 des Blocks frei, während sie an den beiden Seiten 44, wo sich die Ränder 40 und 41 befinden,nur abwechselnd freiliegen. Nach dem Stapeln, Pressen und Brennen kann dann ein metallisiertes Band 45, siehe Fig. 10, auf den beiden Seiten des Blocks aufgebracht werden, so daß Parallelverbindungen entstehen. Sodann werden Anschlussdrähte 46 durch eine Lötung 47 angebracht.

Eine Porzellanglasur oder eines der üblichen Harz,e auf Epoxyd-, Silicon- oder Phenolgrundlage kann zum Umhüllen des Blocks verwendet werden. Ein solcher gut haftender Überzug trägt ausserdem dazu bei, ein Überschlagen zwischen den Schichten zu verhindern, wie es wegen des Fehlens ausreichend isolierender Ränder bei höheren Voltzahlen an den Seiten 43 des Blocks erfolgen könnte.

Im Auaführungsbeiapiel gemäse Fig. 11 bis 16 weisen die einzelnen Blätter 60 auf ihrer Oberseite Ränder 61 sowie in der Mitte eine metallisierte Elektrodenfläche 62 mit vorstehenden Lappen 64 auf, siehe TIg. 11.

Dieser Lappen steht über die Stanilinie 63 Tor, so daß er an seiner Kante bei der Ausführung des Schnittes in der Kfttrlse freigelegt viiStmt BlektrodenflMohe 62 wird

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BAD OBiGiNAi.

in dieser Form auf die Oberseite der geradzahligen Blätter und auf die Unterseite der ungeradzahligen Blätter aufgebracht.

Auf der Oberseite der ungeradzahligen Blätter und auf der Unterseite der geradzahligen Blätter dagegen wer-' den drei parallele Elektroden 65» 66 und 67 aufgebracht, welche an den sich berührenden Flächen übereinstimmen, und über die Stanzlinie 63 hinausstehende, lappenartige Abschnitte 68, 69 und 70 aufweisen. Die Elektrodenfläche 62 auf der einen Seite sowie die Elektroden 65, 66 und 67 auf der anderen Seite können aus einem Metallisierungsmaterial, z.B. Palladium gebildet werden.

Das aufgebrachte Metallisierungspräparat wird bei 80 bis 100% getrocknet. Dann wird der Stapel 71, der gemäss Fig. 13 aus einem Keramikband 68a mittels eines in einer Matrize 70a arbeitenden Stempels 69a ausgestanzt wird, durch Zusammenpressen fertig geformt. Nach dem Auswerfen aus der Matrize wird er bei einer Garbrandtemperatur gebrannt. Die metallisierten Abschnitte 68, 69 und 70 und die Lappen 64 liegen gemäss Fig. 14 auf einander stossenden, aber verschiedenen Seiten 72 und 73 des Blocks 74«

Der 909813/0962

Der Druck von 10 bis 20 to/square inch vor dem Brennen ergibt im wesentlichen einen einstückigen Aufbau gemäsa Fig. 14 und die Elektrodenflächen 62 wechseln, wie gemäss Fig. 15 im Querschnitt zu sehen ist, mit den Elektroden 67, 66 und 65 ab„

Der gebrannte Block 75 gemäss Fig. 16 ist ein harter unempfindlicher, einstückiger !Teil aus Dielektrikum mit den aufmetallisierten Belagstreifen 76, 77, 78 und 79, die auf der Aussenseite des Blocks zwischen den Elektroden— enden eine Verbindung bilden. Durch Lötungen 80, 81 und 82 werden Anschlussdrähte 83, 84 und 85 an der Seite 86 an die Belagstreifen 76, 77 und 78 angelötet. Durch eine Lötung 89 wird ein Anschlussdraht 87 an der Seite 88 angebracht.

Die Zahl der Kondensatoren, welche in einem einzigen Block gemäss Fig. 16 untergebracht werden kann, kann sich in weiten Grenzen ändern, und auch die Anordnung der Lappen und ihre Beziehungen zueinander ist in keiner Weise irgendwie beschränkt.

Bei der Anordnung gemäss Fig. 17bis 25 sind Blätter 100 auf ihrer Oberseite kreisförmig zu einer Belagsfläche 101 metallisiert, welche über die kreisförmige Schnittlinie hinausreicht und mit einem Innenrand 103 versehen ist.

Auf 909813/0962

■ - 21 -

Auf derünterseite befindet sich gemäes Pig. 18 eine Belagafläche 104 innerhalb der Schnittlinie 102, die den in der Mitte gelegenen Innenrand 103 bedeokt. Diese Muster wiederholen sich abwechselnd auf den aufeinanderfolgenden, sioh berührenden Flächen. Die beiden Blätter, welche als äuseere Deckblätter dienen, bekommen eine Elektrodenoberfläohe nur auf denjenigen Seiten, welche bei diesem Durchführungskondensator auf der Innenseite des Stapels zu liegen kommen.

Die Matrize 107 weist gemäss Pig. 19 einen oberen Stempel 108 und einen unteren Stempel 109 auf und die Bänder 110, welche die in Pig. 17 und 18 gezeigten Elektroden tragen, werden entweder einzeln oder zu mehreren zu einem Stapel 111 ausgestanzt. Die die Elektroden bildenden Belageflächen 101 stehen auf der Ausaenaeite vor (siehe Pig. 20), wohingegen die Belagsflächen 104 aussen nicht über die Schnittlinie 102 hinausstehen.

Durch die Überlappung zwischen der Schnittlinie 102 und der Belagsfläche 101 1st die Sicherheit gegeben, daß die metallisierte Belagsfläche 101 auf der Aussenseite frei liegt. Das Ausstanzen aus dem Band 110 durch den oberen Stempel 108 kann entweder aus einem einzigen Band 110 oder aus mehreren Bändern 110 erfolgen, die alle die Belagsfläohen 101 bzw. 104 auf den Ober- bzw. Unterseiten tragen. Der Stapel wird dann in der Matrize zusammengepresst.

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Der Stapel 111 wird nach, dem Ausstossen aus der Matrize 107 in einer Bohrschablone so eingesetzt, daß gemäse Fig.

21 in der Mitte des ungebrannten Keramiks eine Bohrung 114 gebohrt wird. Dann wird der gepresste Stapel 111 bei einer Garbrandtemperatur, die im Bereich von 2000 bis 2600⁰P liegt, gebrannt, so daß ein harter, unempfindlicher, einstückiger Block aus Dielektrikum mit dazwischenliegenden Elektroden entsteht (Fig. 22).

Die Bohrung ist so gross, daß sie die Belagsfläche 101 (Pig. 17) unberührt lässt, und dennoch direkt durch die Mitte der Belagsfläche 104 (Pig. 18) hindurchgeht.

Nach dem Zusammenpressen und Brennen kann die Verbindung zwischen den Belagsflächen 101 auf der Aussenseite 113 des Stapels 111 (Pig. 21) hergestellt werden, während die Verbindung zwischen den Belagsflächen 104 auf der Innenseite der Bohrung 114 hergestellt wird.

In Pig. 22 ist der zusammengepresste und gebrannte Block zu sehen, der ein harter, unempfindlicher, einstüokiger Block aus Dielektrikum mit den sich gegenseitig abwechselnden, dazwischenliegenden Belagsflächen 101 und 104 wird. Die Belagsflächen 104 sind dabei auf der Innenseite an der Bohrung 114 freiliegend, die Belagsflächen 101 dagegen auf der Aussenseite 113.

Sowohl 909813/0962

Sowohl die Aussenseite 113 als auch die Innenseite der Bohrung 114 können mit derselben Suspension metallisiert werden, wie sie zur Herstellung der Belagsflächen, d.h. der Elektroden 101 und 104 verwendet wird, worauf vor dem Brennen des Stapels ein Trockenvorgang in einem Ofen bei 80°0 erfolgt.

Die vorstehenden, freiliegenden Kanten der Belagsflächen 101, welche die eten Elektroden bilden, werden auf der Aussenseite 113 des Blocks parallelgeschlossen und die inneren Elektroden auf der Innenseite der Bohrung 114. Die innenseitige Elektrode weist auf dem obersten und untersten Blatt einen kreisförmigen Ansatz 116 zur Herstellung eines Kontaktes mit der zentralen Anschlussleitung auf.

Gemäss Pig. 24 und 25 stellt eine bei 116* und 117 angelötete zentrale Anschlussleitung 115 eine Verbindung mit den inneren Belagsflächen 104 her. Eine aussenseitige Verlötung 118 stellt (Fig. 24) eine Verbindung her zwischen den parallelliegenden aussen freiliegenden Belagsflächen 101 und einem Metallgehäuse119.

Das Metallgehäuse 119 umgibt die ganze Einheit und ist elektrisch mit der Verlötung 118 und dadurch mit den Aussenkanten der Belagsflächen 101 verbunden.

Gemäsa

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Gemäss Pig. 25 wird der Stapel 131' jeweils oben und unten im Metallgehäuse 119 durch eine Abdeckmasse 131 bzw. 132 geschützt.

Die aussenseitige Verlötung 118 verbindet die Aussenkanten der Belagsflächen 101 mit dem Gehäuse 1^»während die Anschlussleitung 115 mit ihren Lötstellen 116' und 117 die Anschlüsse an die Innenkanten der Belagsflächen 104 herstellt. Die Einheit gemäss Pig. 17 bis 25 stellt also einen mehrschichtigen Durchführungskondensator dar.

Zusammenfassend stellt also die Einheit gemäss Pig. 1 bis 6 einen Mehrschichtkondensator mit seitlichem Rand dar. Die Einheit gemäss Pig. 7 bis 10 bildet einen Mehrschichtkondensator ohne seitliche Ränder. In Pig. 11 bis 16 ist ein mehrteiliger Mehrschichtkondensator gezeigt, während Pig. 17bis 25 einen Mehrschichtdurchführungskondensator darstellt.

Die beschriebenen Einheiten besitzen in verschiedenen Richtungen grosse Vorteile, insbesondere weil sie in Miniaturaueführung hergestellt werden können.

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ORIGINAL INSPECTED

Die metallisierten Keramikblätter werden im ungebrannten Zustand aufeinandergeaohichtet im Gegensatz zim bisher üblichen Verfahren, nach dem zur Erreichung hoher Kapazitäten gebrannte, metallisierte Keramikteile aufeinandergeschichtet wurden.

Bs ist wegen ihrer Brüchigkeit beinahe unmöglich, gebrannte Keramikteile von einer Stärke von 5/1000 Zoll oder weniger aufeinanderzuschichten.

Der Druck auf das ungebrannte Keramik erzeugt einen sehr engen Kontakt zwischen den Blättern, wodurch ein kompakter, einstückiger Aufbau von grosser Festigkeit und Unempfindlichkeit nach dem Brennen erreicht wirdj dadurch ergibt sich eine hohe Dichte und eine extrem hohe Kapazität je Volumeneinheit.

Auf Grund der durch den hohen Druok erreichten hohen Dichte kann der Teil leioht verglast werden und seine Porosität kommt nahe an Null heran, was sehr wesentlich zur Bildung eines betriebssicheren Keramikdlelektrikuma ist.

Der hohe Druok presst auseerdem die Teile hauptsächlich auf der Fläche, auf der das Elektrodenmuater aufgebracht ist, dünner, als sie in ihrer Originalstärke vor dem Zusammenpressen waren. Die Stärke eines Teils wird mindestens um

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ί BAD ORtQlNAL

die Stärke der Elektrode verringert, welche in das Dielektrikum einsinkt, wodurch hinwiederum die Kapazität steigt«

Kleine Unvollkommenheiten in den Blättern, z.B. kleine Blasen oder Löcher, werden durch den verdichtenden Druck beseitigt.

Das fehlerfreie Blatt trägt stark zur Betriebssicherheit des Kondensators bei.

Der Kondensator ohne Seitenränder kann dann dadurch auf eine genaue Kapazität geeicht werden, daß eine oder mehrere Kanten nachgeschliffen werden, und daß einige der Elektroden und Dielektrikumsschichten entfernt werden.

Dieses Verfahren ermöglicht ea ausserdem, die Kondensatoren mit unregelmässigen Formen zu bauen, z.B. für die Modulbauweise Kondensatoren mit ganz bestimmten Ausker bungen auf den Seiten herzustellen. Dies wird alleirjfedurch ermöglicht, daß beim Stanzen und beim darauffolgenden Zusammenpressen die besondere Form zuverlässig wiedergegeben wird.

Jeweils

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Jeweils zwischen zwei Blättern befindet sich eine Elektrode, die im Muster, in der Form, der Grö'sse und mit den Lappen abwechselt, ao daß abwechslungsweise beim Stanzen immer die eine Kante der einen Elektrode an der einen Seite und die andere Kante der anderen Elektrode an der anderen Seite verfügbar ist.

Patentansprüche

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Claims (11)

1. atentanaprüche :

   U64417

   Verfahren zur Herstellung eines Keramikkondensators von sehr geringer Grosse im Vergleich zu seiner Kapazität aus Keramikmaterial, dadurch gekennzeichnet, daß zuerst dünne, zusammenhängende, "biegsame Blätter aus ungebranntem Keramikmaterial, das ein Kunststoffbindemittel enthält, durch G-iessen aus einem luftblasenfreien Brei geformt und dann getrocknet werden,daß die Seiten dieser Blätter mit Elektroden aus einem schwer schmelzbaren, bei der Brenntemperatur der Keramikzusammensetzung nicht oxydierenden Metall so versehen werden, daß die Elektrodenflächen sich nicht decken und abwechselnd' an verschiedenen Kanten freigelegt werden können, daß dann die einzelnen Blätter so ausgestanzt werden, daß sie einen Stapel bilden, in welchem die aufeinanderfolgenden Kanten an verschiedenen Seiten des Stapels freiliegen, daß der Stapel einem Druck von ca. 10 bis 20 to/square inch ausgesetzt wird, daß der Stapel bei einer Garbrandtemperatur zwischen 2100 und 2600 1 gebrannt wird, so daß das Bindemittel ausgebrannt und die Blätter ausgehärtet werden, daß elektrisch leitendes Material entlang der freigelegten Kanten der Elektroden zur Herstellung von Parallelverbindungen aufgebracht wird, und daß schliesslich Anschlussdrähte zur Fertigstellung des Kondensators angebracht werden.

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   ORIGINAL INSPECTEO
2. 2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Parallelverbindungnjlm ungebrannten Zustand hergestellt werden.
3. 3) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Parallelverbindungen nach dem Brennen hergestellt werden·
4. 4) Gebrannter, einetückiger Keramikkondensator, hergestellt gemäss Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden abwechselnd an verschiedenen Seiten des Kondensators vorstehen, und daß sie durch ausgehärtetes Keramikmaterial voneinander getrennt sind.
5. 5) Verfahren zur Herstellung eines Keramikkondensators, dadurch gekennzeichnet, daß zuerst dünne, zusammenhängende, biegsame Blätter aus ungebranntem Keramikmaterial, das ein Kunststoffbindemittel enthält, durch Giessen aus einem luftblasenfreien Brei geformt und dann getrocknet wer den, daß die Seiten dieser Blätter mit Elektroden aus einem schwer schmelzbaren Metall versehen werden, so daß einander abwechselnde Elektrodenflächen mit entgegengesetzt gerichteten Lappen und mit die Elektrodenflächen umgebenden, nicht metallisierten Händern entstehen, daß die getrockneten Blätter in solcher Form ausgestanzt werden, daß sich ein Stapel bildet, bei dem die Lappen abwechselnd nach entgegengesetzten Sohnittseiten des 8ta~

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   pels vorragen und der übrige Teil der metallisierten Elektroden von den Seiten des Stapels durch Eänder getrennt ist, daß der Stapel einem Druck von etwa 10 bis 20 to/Bquare inch ausgesetzt wird, daß der Stapel bei einer Garbrandtemperatur zwischen 2100° und 2600⁰P gebrannt wird, so daß das Bindemittel ausgebrannt und die Blätter ausgehärtet werden, daß die äusseren Lappen der Elektroden zur Herstellung von ParalleHanschlüssen verbunden werden, und daß schliesslich Anschlussdrahte zur Fertigstellung des Kondensators angelötet werden.
6. 6) Kondensator mit Rändern, hergestellt nach Anspruch 51 dadurch gekennzeichnet, daß die geschnittenen Lappenkanten abwechselnd in getrennten Reihen an den Seiten des Stapels vorstehen, so daß dadurch Parallelverbindungen entstehen.
7. 7) Verfahren zur Herstellung eines Keramikkondensators, dadurch gekennzeichnet, daß zuerst dünne, zusammenhängende, biegsame Blätter aus ungebranntem Keramikmaterial,das ein Kunststoffbindemittel enthält, durch Giessen aus einem luftblasenfreien Brei geformt und dann getrocknet werden, daß die Seiten dieser Blätter mit Elektroden aus einem schwer schmelzbaren, bei der Brenntemperatur der Keramikzusammensetzung nicht oxydierenden Metall so versehen werden, daß abwechselnd einerseits Ringflächen ent-

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   stehen

   stehen und andereraeita Kreisflächen, deren Kanten innerhalb der Ringflächen liegen, daß die Blätter in- solcher Form ausgestanzt werden, daß ein Stapel entsteht, bei dem die ringförmigen Flächen an den äusseren Kanten des Stapels vorstehen und die Kreisflächen innerhalb der Kanten des Stapels mit einem Rand versehen sind, daß' der Stapel einem Druck von etwa 10 bis 20 to/square inch ausgesetzt wird, daß eine Mittelöffnung durch die Rundflächen gestanzt wird, ohne daß dabei die Innenseite der Ringflächen berührt wird, daß der Stapel bei einer öarbrandtemperatur zwischen 2100 und 2600 F gebrannt wird, so daß daa Bindemittel ausgebrannt und die Blätter ausgehärtet werden, daß dann die freigelegten Kanten einerseits auf der Aussenseite des Stap.els, andererseits, in der durch den Stapel führenden Mittelöffnung parallelverbunden werden,und daß schliesslich sowohl ein Mittelanschluss als auch ein äusseres Metallgehäuse zur Fertigstellung des Kondensators angelötet werden.
8. 8) Runder, gelochter Kondensator, hergestellt gemäas dem Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,daß die Kanten der Elektroden abweohselnd an der Auesenseite und an der Innenseite des Stapels zur Heratelr lung von iarallelverbindungen zugänglich aind.

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9. 9) Verfahren zur Herstellung eines Keramikkondensators, dadurch gekennzeichnet, daß zuerst dünne, zusammen« hängende, biegsame Blätter aus ungebranntem Keramikmaterial, das ein Kunststoffbindemittel enthält,durch Giessen aus einem luftblasenfreien Brei geformt und dann getrocknet werden, daß diese in Streifen geschnitten werden, daß die gegenüberliegenden Seiten dieser streifenförmigen Blätter mit Elektroden aus schwer schmelzbarem Metall, das bei der Brenntemperatur der Keramikzusammensetzung nicht oxydiert, versehen werden, indem abwechselnd erst bis zur einen Kante mit einem freien Rand auf der gegenüberliegenden Kante und dann bis zur Gegenkante mit einem freien Rand an der ersten Kante metallisiert wird, daß die streifenförmigen Blätter an den sich berührenden Flächen übereinstimmend zu Paaren oder zu mehreren Paaren übereinandergeschichtet werden, daß die Blätter in einer rechteckigen Form ausgestanzt werden, so daß ein Stapel entsteht, bei dem an entgegengesetzten Seiten abwechselnd Elektrodenkanten freigelegt sind, daß der Stapel einem Druck von etwa bis 20 to/square inch ausgesetzt wird, daß der Stapel bei einer Garbran el temperatur zwischen 2100° und 2600⁰F gebrannt wird, so daß das Bindemittel ausgebrannt und die Blätter ausgehärtet werden, daß dann Parallelverbindungen an entgegengesetzten Seiten des Stapels angeordnet werden, und daß Anschlussdrahte zur Fertigstellung des Kondensators angelötet werden.

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   BAD ORIGINAL
10. 10) Gebrannter, einstückiger, rechteckiger, keramischer Blockkondensator, hergestellt gemäss Verfahren nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden abwechselnd vorstehen und an entgegengesetzten Seiten des Blocks miteinander verbunden werden.
11. 11) Verfahren zur Herstellung eines Keramikkondensators, dadurch gekennzeichnet, daß zuerst dünne, zusammenhängende, biegsame Blätter aus ungebranntem Keramikmaterial, das ein Kunststoffbindemittel enthält, durch Giessen aus einem luftblasenfreien Brei geformt und dann getrocknet werden, daß die Seiten dieser Blätter mit Elektroden so versehen werden, daß abwechselnd zweierlei Elektrodenflächen entstehen jeweils mit Lappen, welche bei den sich gegenseitig abwechselnden Gruppen im Winkel zueinander auf abwechselnden Blättern vorstehen, daß dabei die eine der beiden unter sich abwechselnden Gruppen aus durchgehenden Masseelektroden besteht und die andere aus parallelen, streifenförmigen Elektroden, welche im Abstand voneinander angeordnet sind und wobei die Elektrodenflächen aus einem schwer schmelzbaren Metall bestehen, das bei der Brenntemperatur der Keramikverbindung nicht oxydiert, daß die getrockneten Blätter in einer Form so ausgestanzt werden, daß ein rechteckiger Stapel entsteht und die abwechseln-* den Lappen auf den verschiedenen Seiten des reohteokigen

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    Stapele

    BAD OBIGiNAL

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    Stapels freigelegt werden, daß der Stapel einem Druck von etwa 10 bis 20 to/aquare inch ausgesetztwird, daß

    der Stapel bei einer Garbrandtemperatur zwischen 2100 und 2600 P gebrannt wird, so daß das Bindemittel ausgebrannt und die Blätter ausgehärtet werden, daß elektrische Parallelverbindungen jeweils längs der aneinander anstossenden Seiten hergestellt werden, und daß anschliessend Anschlussdrähte zur Fertigstellung des
    Kondensators angelötet werden.

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