DE1923892A1 - Process for the production of electrical thin-film capacitors - Google Patents
Process for the production of electrical thin-film capacitorsInfo
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Description
SIEiJENS AKTIENGESELLSCHAFT München 2, den-9. MA11969 . ... ol.wx. Wittelsbacherplatz 2SIEiJENS AKTIENGESELLSCHAFT München 2, the -9. MA11969 . ... ol.wx. Wittelsbacherplatz 2
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Verfahren zur Herstellung von elektrischen Dünnfolienkon- .Process for the production of electrical thin film con-.
densatorencapacitors
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von elektrischen Dünnfolienkondensatoren, bei dem auf Hilfsträgerfolien durch Aufbringen von Lack- und Metallschichten Dünnfolien hergestellt v/erden, diese Dünnfolien von der Hilfsträgerfolie abgelöst und mindestens vier derartiger Dünnfoliett zu einem Kondensator verarbeitet v/erden.The invention relates to a method of manufacture of electrical thin-film capacitors, in which on auxiliary carrier foils by applying lacquer and metal layers, thin foils are produced, these thin foils are removed from the auxiliary carrier foil peeled off and at least four such thin foils processed into a capacitor v / ground.
Es gibt Dielektrika v/ie z. B. Polycarbonat, Polystyrol, PoIyphenylenoxid, Polyarylester und dergleichen, v/elche äußerst gute dielektrische Eigenschaften, insbesondere einen niedrigen Verlustfaktor, besitzen. Bei diesen Dielektrika bilden sich, bedingt durch den chemischen Aufbau, bei Durchschlägen häufig Kohlenstoffrückstände in den Durchschlagskanälen. Diese Kohlenstoffrückstände können zwischen den gegenpoligen Belegungen leitende Brücken bilden. Aus diesem Gründe lassen sich niedrige Äusgangswerte der Isolation nach der Herstellung des Kondensators durch das Voraufschließen nur bedingt verbessern. Derartige Dielektrika sind daher für Kondensatoren hoher Volumenkapazität nur dann verwendbar, wenn, sich daraus ein von Stellen niedriger Isolation weitgehend freier Aufbau herstellen läßt.There are dielectrics v / ie z. B. polycarbonate, polystyrene, polyphenylene oxide, Polyaryl esters and the like have extremely good dielectric properties, especially low ones Loss factor, own. With these dielectrics, due to their chemical structure, breakdowns occur often carbon residues in the breakdown channels. These Carbon residues can form conductive bridges between the opposing pin assignments. For this reason, can Low output values of the insulation after the production of the capacitor can only be improved to a limited extent by pre-unlocking. Such dielectrics are therefore for capacitors with high volume capacitance Can only be used if it is used to create a structure that is largely free of areas of low insulation leaves.
Es sind Dünnfolienaufbauten bekannt, bei denen die Entstehung leitender Kohlenstoffbrücken im Dielektrikum verhindert wird. Aus' der deutschen Patentschrift 1 158 178 ist es bekannt, vier Dünnfolien zu einem Kondensator zu verwickeln. Die einzelnen Dünnfolien bestehen aus zwei Lackschichten und einer dazwischen angeordneten Metallisierung. Die Dünnfolien werden so zusammen-There are known thin film structures in which the emergence conductive carbon bridges in the dielectric is prevented. From 'the German patent specification 1 158 178 it is known four Wrap thin films into a capacitor. The individual thin films consist of two layers of lacquer and one in between arranged metallization. The thin films are put together
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gelegt, daß im fertigen Kondensator zwei Lackschichten im feldfreien Raum zwischen zv/ei kurzgeschlossenen Metallisierungen liegen. Diese im feldfreien Raum liegenden Lackschichten . wirken sich auf die Regenerierfähigkeit des Kondensators vor ■ teilhaft aus, da sie die Bildung leitender Kohlenstoffbrücken bei Durchschlägen verhindern. Diese Kondensatoren besitzen . jedoch den Nachteil, daß wegen der im feldfreien Raum liegenden Lackschichten verhältnismäßig viel kapazitiv nicht ausgenütztes Volumen im Kondensatorkörper vorhanden ist.placed that in the finished capacitor two layers of paint in the field-free space between two / one short-circuited metallizations. These lacquer layers lying in the field-free space. affect the ability of the condenser to regenerate ■ benefited from the fact that they lead to the formation of conductive carbon bridges prevent breakdowns. These capacitors own. however, the disadvantage is that, because of the lacquer layers lying in the field-free space, a relatively large amount of capacitively unused Volume is present in the condenser body.
Y/eiterhin ist es aus der deutschen Patentschrift 1 167 984 bekannt, zwei Dünnfolien zu einem Kondensator zu vor v/i ekeln. Jede Dünnfolie besteht dabei aus zv/ei Lackschichten und einer dazv/ischen angeordneten Metallisierung. Die unmittelbar auf die Metallisierungen aufgebrachten Lackschichten sind dabei stärker ausgebildet als die Lackschichten, auf welche die Metallisierungen aufgebracht sind. Bei der Herstellung dieser bekannten DUnnfolienkondensatoren besteht die Gefahr, daß beim zweiten Lackiervorgang, d. h. beim Aufbringen der über der Metallisierung befindlichen Lackschicht, durch Anlösen der unteren metallisierten Lackschicht Metallteilchen abgetrennt v/erden und in die obere Lackschidt gelangen. Auf diese V/eise sich bildende Schwachstellen im Dielektrikum können nur dann beim Voraufschließen in vollem Umfang beseitigt werden, wenn die Lackdielektrika ein auereichendes Selbstheilvermögen besitzen,In addition, it is known from German patent specification 1,167,984 that two thin films can be used to form a capacitor. Each thin film consists of two layers of lacquer and an associated metallization. The immediately on the lacquer layers applied to the metallizations are thicker than the lacquer layers on which the metallizations are applied are upset. In the manufacture of these known thin film capacitors there is a risk that the second painting process, d. H. when applying the lacquer layer above the metallization, by dissolving the lower one metallized lacquer layer. In this way Forming weak points in the dielectric can only be completely eliminated during pre-unlocking if the Lacquer dielectrics have adequate self-healing properties,
d. -h. wenn sich keine Kohlenstoffbrtiöken im Dielektrikum ausbilden. d. -H. if no carbon bonds form in the dielectric.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Dünnfolienkondensator mit hoher Durchschlagsfestigkeit zu bauen, bei dem Dielektrika,! welche bei einem Durchschlag Kohlenstoffbrücken im Durchschl'agskanal bilden, verv/enc^jr sind. Außerdem sollen Schwachstellen in der über der Metallisierung aufgebrachten dielektrisch v/irksamen Lackschicht nicht auftx'eten. Weiterhin sollen im Kondensator keine feldfreien Räume entstehen, um eine möglichst hohe Volumenkapazität zu erreichen.The object of the invention is to build a thin film capacitor with high dielectric strength, in which Dielectrics ,! which carbon bridges in the event of a breakdown form in the penetration channel, verv / enc ^ jr are. Also should Weak points in the dielectrically active lacquer layer applied over the metallization did not appear. Farther should there be no field-free spaces in the condenser in order to create a to achieve the highest possible volume capacity.
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v/ird dies dadurch erreicht, daß eine Dünnfolie, te.-nehend aus einer metallisierten Lackschicht, und eine Dünni'ulic-, bestehend aus einer unmetalliaierten Lackschicht, derart zusammengelegt werden, daß die Metallisierung av/ischen den Lackschichten liegt und daß wenigstens zwei derartige Anordnungen au einem Koridensatorkörper verarbeitet v/erden.This is achieved in that a thin film, consisting of a metallized lacquer layer, and a thin film, consisting of an unmetallized lacquer layer, put together in such a way that the metallization av / ischen the lacquer layers and that at least two such arrangements are processed on a coridensor body.
Auf diese V/eise erhält man einen Dünnfolienkondensator mit einer dielektrisch wirksamen Lackschicht, in welche keine eingedanpften Metallteilchen ragen und durch Anlösen der unter dor Metallisierung befindlichen Lackachicht losgelöste Metallpartikel nicht eindringen. Bei den orfindungsgem/lßen Kondensatoren kann deshalb zur Erzielung einer hohen Isolation grundsätzlich die Notwendigkeit einer VoraufSchließung wegfallen. Die Erfindung bietet die Möglichkeit, mit Hilfe sehr dünner,In this way a thin film capacitor is obtained a dielectrically effective lacquer layer, in which none of the layers has been absorbed Metal particles protrude and the metal particles detached by the dissolving of the lacquer layer located under the metallization not penetrate. In the case of the capacitors according to the invention Therefore, in order to achieve a high level of isolation, the need for pre-opening can generally be dispensed with. The invention offers the possibility of using very thin,
1'^ aus Lackschichten bestehender Dünnfolien, welche ausschließlich aiu- feuchteuneinpfindlichen und V3rlustarraen Stoffen bestehen, Kondensatoren herzustellen. Die i;rfindungsgem:i3en Kondensatoren weisen eine hohe Volumenkapa:iit:it auf und sind mit hohen elektrischen Feldstärken ielasttir.1 '^ from layers of lacquer consisting of thin films, which consist exclusively of moisture-insensitive and V3rlustarraen substances, to produce capacitors. The i; rfindungsgem: i3en capacitors have high Volumenkapa: iit: it and are ielasttir with high electric field strengths.
TO Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, duii die Hilfstrügerfolien erst nach dem Zusammenlegen der Dünnfolien abgetrennt werden. Di-:; Dünnfolien weisen dann eine ausreichende mechanische Festigkeit auf, um den V.'ickelvorgang ohne Beschädigung zu überstehen. TO An advantageous embodiment of the invention is that the thin films Hilfstrügerfolien duii only be separated after folding. Di- :; Thin films then have sufficient mechanical strength to withstand the winding process without damage.
In vorteilhafter \Yeise wird die unmetallisierte Lackschicht, welche auf die Metallisierung aufgelegt wird, dicker bemessen als die metallisierte Lackschicht. Die metallisierte Lackschicht wird möglichst dünn gehalten. Dadurch v/ird die isolations verschlechternde Wirkung der in die metallisierte Lackschicht hineinragenden Metallspitzen auf ein Mindestmaß begrenzt. In an advantageous manner, the unmetallized lacquer layer, which is placed on the metallization, dimensioned thicker than the metallized lacquer layer. The metallized lacquer layer is kept as thin as possible. This will reduce the isolation deteriorating effect of the in the metallized lacquer layer protruding metal tips are limited to a minimum.
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Anhand der Figuren sollen an einem Ausf "ihrungsbelspiel· die Erfindung und Vorteile derselben erläutert v/erden.On the basis of the figures, the Invention and advantages thereof explained v / earth.
In Fig. 1 ist ein erflndungsgemäßer Kondensator dargestellt. In den Figuren 2 und 3 werden bekannte Kondensatoraufbuuten gezeigt.In Fig. 1 a capacitor according to the invention is shown. Known capacitor structures are shown in FIGS shown.
In Fig. 4 ist das Isolationsverhalten, summiert über eine größe Anzahl von erfindungsgemäßen und bekannten Kondensatoren der Figuren 1 bis 3, dargestellt.-4 shows the insulation behavior, summed up over a variable Number of inventive and known capacitors of Figures 1 to 3, shown.
In. Fig. 5 ist das Kapazitatsverhalten bei Spannungsüberlastung TO des erfindungsgemäßen Kondensators gezeigt.In. Fig. 5 is the capacity behavior in the event of a voltage overload TO of the capacitor according to the invention shown.
In FIg. 6 Ist das Isolationsverhalten bei Spannungsü.berlastung des erfindungsgemäßen Kondensators gezeigt.In FIg. 6 Is the insulation behavior in the event of voltage overload of the capacitor according to the invention shown.
In der FIg. 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kondensators dargestellt, v/eleher aus vier Bünnfollen besteht. Zv/ei der Dünnfolien bestehen aus den metallisierten Lackschichten 1 und den darauf aufgebrachten Metallisierungen 3· Die Lackschichten sind etwa 0,7/u dick. Die beiden anderen Dünnfolien bestehen aus der unmetallisierten Laekschicht 2, v/eiche 1,5 /u stark ist. Die einzelnen Dünrifollen werden vor dem Verwickeln derart aufeinandergelegt, daß sich die Metallisierungen 3 jeweils zwischen einer dicken und einer dünnen Laekschicht befinden. Die beiden aus einer metallisierten und einer unmetallisierten Dünnfolie bestehenden Anordnungen sind versetzt zueinander aufgewickelt und die Metallisierungen können von den Stirnseiten her von den dort aufgebrachten Stlrnkoiitaktsehichten erfaßt v/erden und mit äußeren Anschlufldr'ihten verbunden werden. Die urfindungsgemäßen Kondensatoren weisen bei dem angeführten Beispiel eine spezifische Volumenkapazlt*it von etwa 53O/uF/em'> auf, wenn das Dielektrikum aus Polycarbonat besteht. Es" lassen sich nit dünneren Dielektrika auch noch höhere YolumenkapazItHten erzielen.In FIg. 1 shows an exemplary embodiment of a capacitor according to the invention, which consists more or less of four thin rolls. Zv / ei of the thin films consist of the metallized lacquer layers 1 and the metallizations 3 applied thereon. The lacquer layers are about 0.7 / u thick. The other two thin films consist of the unmetallized Laek layer 2, which is 1.5 / u thick. The individual thin rolls are placed on top of one another before being entangled in such a way that the metallizations 3 are each located between a thick and a thin layer of laek. The two arrangements consisting of a metallized and an unmetallized thin film are wound up offset to one another and the metallizations can be grasped from the end faces by the contact layers applied there and connected to external connection wires. In the example given, the capacitors according to the invention have a specific volume capacity of about 5 3 O / uF / em '> if the dielectric is made of polycarbonate. Even higher volume capacities can be achieved with thinner dielectrics.
In Fig. 2 ist ein bekannter DUnnfolienkondensatoraufbau dargestellt. Sine Dünnfolie besteht dabei aus einer ersten Lack—In Fig. 2, a known thin film capacitor structure is shown. The thin film consists of a first lacquer
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schicht 1, aus einer darauf aufgebrachten Metallisierung 3 und aus einer auf die Metallisierung auflackierten Lackschicht 2. Zwei derartige Dünnfolien werden zu einem Kondensator verwikkelt. layer 1, made of a metallization 3 applied thereon and from a lacquer layer 2 lacquered onto the metallization. Two such thin films are wound to form a capacitor.
In der Pig. 3 ist auf einer Lackochicht 1 eine Metallisierung 3 aufgebracht. Zwei derart hergestellte Dünnfolien v/erden zu einem Kondensator verwickelt. Die Dielektrikumsstärken sind bei den Kondensatoraufbauten der Figuren 2 und 3 die gleichen wie beim erfindungsgemäßen Beispiel in Pig. 1, nämlich 2,2/U.In the pig. 3 is a metallization on a lacquer layer 1 3 applied. Two thin films produced in this way are grounded entangled with a capacitor. The dielectric strengths of the capacitor structures of FIGS. 2 and 3 are the same as in the example according to the invention in Pig. 1, namely 2.2 / U.
In Pig. 4 ist das Anfangsisolationsverhalten einer großen Anzahl von erfindungsgemäßen Kondensatoren (durchgezogene Linie), von Kondensatoren des Aufbaus nach Pig. 2 (strichlierte Linie) und von Kondensatoren des Aufbaus nach Fig. 3 (strichpunktierte Linie) dargestellt. Auf der Ordinate ist der Mengenanteil der Kondensatoren aufgezeigt, welcher eine bestimmte Anfangsisolation nach dem Wickelvorgang aufweist. Der Anteil ist in Prozent aufgetragen. Auf der Abszisse ist die Isolation der Kondensatoren in USiAiF- aufgetragen. Aus der Figur läßt sich erkennen, daß von den erfindungsgemäßen Kondensatoren 93 $ Isolationswerte über 10 M/l/uF aufweisen. Von den KondensatorenIn Pig. 4 is the initial insulation behavior of a large number of capacitors according to the invention (solid line), of capacitors of the Pig structure. 2 (dashed line) and of capacitors of the structure according to Fig. 3 (dash-dotted line). The ordinate shows the proportion of capacitors that have a certain initial insulation after the winding process. The proportion is plotted in percent. The insulation of the capacitors is plotted in USiAiF- on the abscissa. It can be seen from the figure that 93 $ of the capacitors according to the invention have insulation values above 10 M / l / uF. From the capacitors
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der Figur 2 liegen etwa 50 ?o zwischen 10 MJi/uF und die restlichen 50 cß> unter 10"5 M Jl/uP. Von den Kondensatoren der Fig. 3 befinden sich alle unterhalb eines Isolationsv/ertes von 6 M/KuF. Die Verlustfaktoren der erfindungsgemäßen Kondensa-in FIG. 2 are about 50? o between 10 MJi / uF and the remaining 50 c ß> below 10 " 5 MJl / uP. All of the capacitors in FIG. 3 are below an insulation value of 6 M / Kuf. The loss factors of the inventive condensate
toren liegen bei 1 kHz und bei 10 kHz im Mittel bei etwa 1,2.1O0 und bei 1,9-10~3.The average values at 1 kHz and 10 kHz are around 1.2.1O 0 and 1.9-10 ~ 3 .
Zur Prüfung der Spannungßfestigkeit der erfindungsgemäßen Kondensatoren wurden Überspannungsversuche durchgeführt, welche in den Figuren 5 und 6 dargestellt sind. In Fig. 5 ist die Kapazitätsabnahme bei steigender Spannung aufgetragen. Daraus ist zu erkennen, daß sämtliche Kondensatoren bis 250 V belastet werden können. Die Kapazität nimmt dabei maximal umFor testing the dielectric strength of the capacitors according to the invention Overvoltage tests, which are shown in FIGS. 5 and 6, were carried out. In Fig. 5 is the decrease in capacity applied with increasing voltage. It can be seen from this that all capacitors are loaded up to 250 V. can be. The capacity decreases by a maximum
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0,5 i° ab. Aus der Pig. 6 erkennt man, dai bei einer Belastung mit 250 V die Isolation auf 5000 mXL/U? abfällt.0.5 i ° . From the Pig. 6 you can see that with a load of 250 V the insulation drops to 5000 mXL / U? falls off.
Die erfindungsgemäßen Kondensatoren erlauten inabe.sor.dcre den Einsatz von Polycarbonat-, Polyphenylenoxide "Poiyarylester-, Polystyroldielektrika und dergleichen. Biese Stoffe zeichnen sich durch eine geringe '.Vas sez^auf nähme und durch g^öti^e dielektrische Eigenschaften aus. Jedoch zeigen uieee Dielektrika ein unzureichendes Regenerierverhaiten. Durch die erfindungsgemäß erreichte Erhöhung der Ausganguisolatior* können t 10 feuchteunempfindliche Dünnfolienkondensatoren mit nohex· 7olumenkapazität gebaut werden. Da die eel thermischer 2eii;tur.gsich abspaltenden-Verbindungen nickt zu eii.er Kürro:-*i.ojn der aufgedampften Metallbelüge führen, können erfiridur.ersjc-r.'ie Kondensatoren auch über längere Zeiten tei Temperatui-er. üter 100 0C eingesetzt werden.The capacitors according to the invention explain inabe.sor.dcre the use of polycarbonate, polyphenylene oxides, polyaryl ester, polystyrene dielectrics and the like. These substances are characterized by low gas absorption and good dielectric properties. However uieee dielectrics show an inadequate regeneration behavior. Due to the increase in the output isolator * achieved according to the invention, t 10 moisture-insensitive thin-film capacitors with no hex · 7olumenscapacitance can be built. lead ojn the deposited Metallbelüge, erfiridur.ersjc-r.'ie capacitors Ueter 100 0 C can be used over longer periods tei Temperatui-er..
4 Patentansprüche
6 Figuren4 claims
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| SH | Request for examination between 03.10.1968 and 22.04.1971 |