DE2125610C2

DE2125610C2 - Verfahren zur Herstellung eines mehrschichtigen Flachkondensators

Info

Publication number: DE2125610C2
Application number: DE2125610A
Authority: DE
Inventors: Charles Calvin Glenview Ill. Rayburn
Original assignee: Illinois Tool Works Inc
Current assignee: Illinois Tool Works Inc
Priority date: 1970-05-25
Filing date: 1971-05-24
Publication date: 1985-07-11
Also published as: JPS521101B1; NL7107139A; FR2093663A5; GB1303767A; CA927943A; US3654532A; DE2125610A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines mehrschichtigen Flachkondensators,

— bei dem Metallbeläge tragende, isolierende Ausgangsstreifen zu einem Ring gewickelt werden, wobei die Metallbeläge so angeordnet sind, daß sie sich abwechselnd bis zu einem Rand des Ringes erstrecken und am anderen Rand einen nicht metallisierten Randbereich freilassen,

— bei dem sodann der Ring flachgepreßt wird,

— bei dem sodann die Stirnflächen des Rings zur Kontaktierung mit geschmolzenem Metall besprüht werden und der zusammengepreßte Ring in einzelne Kondeiisatorscheiben zerschnitten wird.

Ein derartiges Verfahren ist bekannt (DE-OS 02 107). Bei dem bekannten Verfahren werden erforderlichenfalls zwischen zwei metallisierten Dielektrikumstreifen ein oder mehrere nicht metallisierte Dielektrikumstreifen eingelegt.

Das bekannte Verfahren hat den Vorteil, daß relativ kleine Kondensatoren mit unterschiedlichen vorgegebenen Kapazitätswerten hergestellt werden können. Die Kontaktierung mit geschmolzenem Metall hat den Vorteil, daß die Kondensatoren ohne Anschlußdrähte an Schaltplatinen angeschlossen werden können.
Bei einem Mutterkondensator, bei dem ein metallisierter Dielektrikumstreifen zu einem Ring gewickelt und anschließend in einzelne Kondensatoren unterteilt wird, ist auch bekannt, die Schichten bei höhei _>n Temperaturen gegeneinander zu pressen (FR 20 11 553).

Dies geschieht zur Verfestigung der Kondensatoren und insbesondere der Einlagefolien. Durch dieses Verfahren werden auch Lufteinschlüsse beseitigt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte Verfahren so weiterzubilden, daß extrem dünne Kunststoffdielektrika verwendet werden können, womit sich kleine Kondensatoren mit guten elektrischen Eigenschaften ergeben.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,

— daß der Ausgangsstreifen aus einem beidseitig die Metallbeläge aufweisenden Trägerstreifen und auf die Metallbeläge aufgebrachten, durch Wärme erweichbare Schichten aus einem Kunststoffdielektrikum von wesentlich geringerer Dicke als der Trägerstreifen besteht,

— daß während d m Flachpressen Wärme zugeführt wird, so daß die Kunststoffdieiektrika von angrenzenden Lagen miteinander verschmolzen werden, und

— daß nach dem Verschmelzvorgang der Preßdruck weiter aufrechterhalten wird, bis der flachgepreßte Ring abgekühlt ist.

Durch Verwendung von sehr dünnen dielektrischen Kunststoffschichten, die auf die Metallbeläge aufgebracht sind, läßt sich bei gegebener Kapazität ein Kondensator gegenüber herkömmlichen in den Abmessungen verkleinern. Dies kommt einer gewünschten Miniaturisierung von Kondensatoren entgegen.

Ein Ausgangsstreifen aus einem beidseitig die Metallbeläge aufweisenden Trägerstreifen und auf die Metallbeläge aufgebrachten, durch Wärme erweichbare Schichten aus einem Kunststoffdielektrikum ist an sich bekannt (US-PS 32 14 657). Die durch Wärme erweichbaren Schichten haben eine Dicke, die in der Größenordnung der Dicke des Trägerstreifens liegt. Der Ausgangsstreifen wird zu einem Wickelkondensator gewikkelt, der nicht mehr dnterteilt wird. Eine Kontaktierung erfolgt mit Hilfe von Anschlußdrähten. Der bekannte Wickelkondensator löst mithin nicht die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe.

Die beim Flachpressen des Rings zugeführte Wärme dient bei der Erfindung zur Verschmelzung der angrenzenden Lagen der Kunststoffdieiektrika. Beim Ver-Schmelzvorgang wird der Preßdruck weiter aufrechterhalten, bis der flachgepreßte Ring abgekühlt wird. Auf diese Weise wird ein präziser Abstand zwischen den Metallbelägen erhallen, was für die Einhaltung vorgegebener Kapazitätswerte von großer Bedeutung ist. Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich mithin miniaturisierte Kondensatoren von hoher Genauigkeit auf einfache Art und Weise herstellen.

Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß beim Kontaktieren das geschmolzene Metall in einer solchen Geschwindigkeit gesprüht wird, daß es in das Kunststoffdielektrikum eindringt, ohne daß es wesentlich in den Trägerstreifen eindringt. Bei einem Kondensator ist Voraussetzung, daß die zugekehrten Metallbeläge

samtlich wirksam kontaktiert werden, weil sonst der gewünschte Kapazitätswert nicht erhalten wird. Bei der beschriebenen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine sichere Kontaktierung sichergestellt. Es ist jedoch an sich bekannt, bei einem Schichtkondensator, dessen Ausgangsstreifen aus einem metallisierten Trägerstreifen besttht, zur wirksamen Kontaktierung Metallpartikel in das Kunststoffdielektrikum eindringen zu lassen (US-PS 29 21 246).

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand von Zeichnungen erläutert.

F i g. 1 zeigt einen Schnitt durch einen Ausgangsstreifen für einen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren herzustellenden Kondensator.

F i g. 2 zeigt einen Schnitt durch einen anderen Ausgangsstreifen für einen nach dem erfindungsgemaßen Verfahren herzustellenden Kondensator.

F i g. 3 zeigt einen Schnitt durch mehrere Lagen mit einem Ausgangsstreifen nach F i g. 1 nach der Kontaktierung.

F i g. 4 zeigt eine ähnliche Darstellung wie F i c. 3, wobei ein Ausgangsstreifen nach F i g. 2 gewählt ist

F i g. 5 zeigt einen mehrlagigen Ring, der aus einem Ausgangsstreife.i nach F i g. 1 gewickelt ist.

F i g. 6 zeigt perspektivisch das Flachpressen des Ringes nach F i g. 5.

F i g. 7 zeigt perspektivisch das Kontaktieren mehrerer flachgepreßter Ringe.

F i g. 8 zeigt perspektivisch das Freibrennen des flachgepreßten und kontaktierten Rings.

F i g. 9 zeigt perspektivisch eine Vorrichtung zum Zerschneiden eines flachgepreßten und kontaktierten Ringes.

Fig. 10 zeigt perspektivisch einen Schnitt entlang der Linie 10-10 der Darstellung nach F i g. 11.

F i g. 11 zeigt perspektivisch einen flachgepreßten und kontaktierten Kondensatorring in einer anderen Ausführungsform.

Fig. 1 zeigt -jinen Querschnitt eines Ausgangsstreifens 10, aus welchem ein Flachkondensator hergestellt wird. Er umfaßt einen dielektrischen Trägerstreifen 12, welcher Polyester sein kann, auf dessen gegenüberliegenden Seiten Metallbeläge 14 und 16, beispielsweise aus Aluminium, aufgedampft sind. Die Beläge 14 und 16 sind ihrerseits je mit einer extrem dünnen Schicht 18 bzw. 20 aus dielektrischem Kunststoff, beispielsweise Polystyrol oder Polycarbonat, überzogen, welche sich bis zu den Seitenkanten 22 und 24 des Ausgangsstreifens erstreckt. Wenn eine Mehrzahl von Ausgangsstreifen 10 zusammengepreßt und erwärmt wird, verschmelzen die dünnen Kunststoffdie'ektrika 18 und 20 miteinander, und bilden einen monolithischen Kondensator großer Kapazität, weil die Kunststoffdielektrika 18 und 20 eine Dicke aufweissn, die wesentlich geringer ist als die Dicke des Trägerstreifens 12. Typische Dicken für die verschiedenen Materialien sind folgende: 0,005 mm für den Trägerstreifen 12 aus Polyester, 0.000025 mm für die Beläge 14 und 16 und 0,0006 mm füi die Kunststoffdielektrika 18 und 20.

Der in Fig.2 dargestellte zusammengesetzte Aus- so gangsstreifen 10' ist im wesentlichen identisch mit dem in F i g. 1 dargestellten Streifen, mit der Ausnahme, daß der metallisierte dielektrische Trägerstreifen 12' während der Aufbringung der Kunststoffdielektrika 18' und 20' derart abgedeckt ist, daß kurze Streifen an den Kanten 22' und 24' frei bleiben.

Die F i g. 3 und 4 veranschaulichen die Zusammenwirkung eines aufgesprühten Metalls 40 bzw. 40' zur Kontaktierung mit den Kanten 22 bzw. 22' eines mehr schichtigen Stapels, der aus dem Ausgangsstreifen 10 (F i g. 3) bzw. 10' (F i g. 4) gebildet wurde. Aus F i g. 3 ist zu ersehen, daß das jeweils untere Kunststoffdielektrikum eines Ausgangsstreifens 10 mit einem oberen Kunststoffdielektrika der benachbarten aus dem Ausgangsstreifen bestehenden Schicht verschmolzen ist, wie bei 19 gezeigt; durch Anwendung von Wärme und Druck entsteht ein Stapel. Das aufgesprühte Metall 40 dringt etwas an den Kanten des Trägerstreifens 12 ein, wobei er jedoch wesentlich tiefer in den weicheren Kunststoffdielektrika eindringt. Dabei dringt das Metall derart ein, daß es mit Teilen der Oberfläche der Beläge 14. sowie mit deren Kanten in Berührung kommt. Aus F i g. 4 ist zu ersehen, daß das Eindringen des aufgesprühten Metalls 40' etwas tiefer erfolg*, als in F i g. 3, da die Kunststoffdielektrika 18' und 20' und folglich der verschmolzene Bereich 19' ausgespart sind. Diese Ausführungsfortn verursacht einen wesen^ch unmittelbareren Kontakt zwischen dem aufgesprühten Metal! 40' und den Belägen 14', v/obei in der Fertigung der zusätzliche Aufwand des Abdeckens der Beläge erforderlich ist.

Zur Herstellung eines Mutterkondensaiors wird ein AusgangSjireifen 10 in einer Mehrzahl von Windungen auf einen kreisförmigen, zusammendrückbaren Dorn gewickelt, so daß ein Ring 30' entsteht, wie in F i g. 5 dargestellt. Um den Ring nach dem Aufwickeln zusammenzuhalten, kann die äußere Windung des Rings 30' entlang einer Linie 32 mit den benachbarten Windungen verschweißt werden.

F i g. 6 veranschaulicht die Verfahrensstufe, in der der Ring 30' zwischen zwei Druckplatten 34 und 36 zusammengedrückt wird, um einen flachen Kondensatorring 30 zu bilden. Um zu verhindern, daß sich die Schweißlinie 32 bei Kondensatorscheiben 30b. die von einem flachen Kondensatorring 30 abgeschnitten wurden, negativ auswirkt, wird der Ring 30' derart zusammengedrückt, daß die Schweißlinie 32 im Knickbereich zu liegen kommt. Zur Herstellung des flachen Rings 30 werden die Platten 34 und 36 erwärmt, se daß die Kunststoffdielektrika 18 und 20 etwas weich gemacht werden, um zusammenzufließen und aneinander zu haften, ohne daß der Trägerstreifen 12 davon berührt wird. Die Wärmemenge und der aufgebrachte Druck richten sich nach den verwendeten Materialien. Es ist jedoch wichtig, daß Druck und Wärme ausreichend sind, um Luft zwischen den Schichten 18 und 20 zu verdrängen, jedoch nicht so groß sind, daß die Schichten 18 und 20 nach außen extrudiert werden, da so/ist die Metallbeläge 14 und 16 kurzgeschlossen werden oder die Dicke des \ erschmolzenen Bereichs 19 verändert wird, so daß sich der Kapazitäuwei t oer einzelnen von dem flachen Kondensatorring 30 abgeschnittenen Kondensatorscheibe.? ander». Nach dem Verschmelzvorgang werden die Platten 34 und 36 gekühlt, bevor der Druck beendet wird.

Fig. 7 veranschaulicht einen weiteren Bearbeitungsschritt, bei dem zur K jntaktierung Metall 40 mit Hilfe einer Spritzpistole 42 auf die Kanten einer Mehrzahl von flachen Köndensatorringen 30 aufgesprüht wird, die mit Hilfe von Klammern 44 und 46 gehalten werden. Das geschmolzene Metall 40 lagert sich an den Bereichen 19 in das Kunststoffdielektrikum ein, wie in F i g. 3 und 4 dargestellt, so d<$ die Beläge an einem Rand elektrisch miteinander verbunden werden. Um zu erreichen, daß sich das Metall an den Bereichen 19 in das Dielektrikum einlagert und dabei nicht nur die Beläge 14 sondern auch einen Teil ihrer Obenlärhpn mlfpinan.

der verbindet, muß das Aufsprühen mit ziemlich hoher Ausstoßgeschwindigkeit erfolgen. Der Draht aus Aluminium wird mit einer Geschwindigkeit von etwa 4 m pro Minute plus oder minus 0,6 m pro Minute zugeführt, wobei die Spritzpistole 42 in einem Abstand von etwa 14 cm gehalten wird. Eine Sauerstoff-Acetylen-Flamme schmilzt den Aluminiumdraht und ein konzentrischer Hochgeschwindigkeits-Luftstrom zerreißt das geschmolzene Aluminium in kleine Partikel von etwa 0.025 mm und treibt Schmelzpartikel gegen die flachen Kondensatorringe.

In Fig. 8 ist der Verfahrensschritt des Freimachens veranschaulicht. Der Kondensatorring 30 wird über Kontakte 52 und 54 an eine Wechselspannung gelegt, die etwa einem Viertel der beabsichtigten Nenn-Gleichspannung entspricht. Dadurch werden alle Hauptkontaktbereiche freigebrannt. Nach diesem Verfahrens schritt U.II-H pinp hnhp Olpirhsnnnrmncj anuplptxt Hip pt

wa doppelt so hoch wie die Nennspannung ist, um den Vorgang des Freimachens zu vervollständigen.

Nach dem Freimachen wird der Kapazitätswert mit einer in der Zeichnung nicht dargestellten Einrichtung gemessen. Da die beiden halbkreisförmigen Enden 30a (F i g. 9) des flachen Kondensatorrings 30 Hälften eines zylindrischen Kondensators darstellen, welcher nicht verwendet wird, kann der Querschnitt des Abfallkondensators mit dem nach dem Abschneiden der Enden verbleibenden flachen Teil mathematisch leicht verglichen werden, um df Kapazität des langgestreckten verbleibenden flachen ί eils zu bestimmen. Durch eine zusätzliche Berechnung kann der Kapazitätswert pro Längeneinheit bestimmt werden, wobei dieser Wert dazu benutzt werden kann, um die Breite zu bestimmen, auf welche die Kondensatorscheiben in einer Schneidvorrichtung 56 (Fig. 9) geschnitten werden. Die Schneidvorrichtung 56 weist ein Schneidblatt 58 auf, welches von dem flachen Kondensatorring 30 die einzelnen Kondensatorscheiben 30b abschneidet, in dem der flache Kondensatorring mit Hilfe eines Vorschubs 60 gegen das Blatt 58 geführt wird. Mit Hilfe eines Einstellanschlags 62 kann die Breite der Kondensatorscheiben 30b genau bestimmt werden, so daß die aufeinanderfolgenden Kondensatorscheiben im wesentlichen identische Kapazitätswerte aufweisen. Gegebenenfalls können die ersten Kondensatorscheiben im Wert nachgemessen und der Einstellanschlag 62 daraufhin nachgestellt werden. Die Kondensatorscheiben können im Wert auch noch nach unten korrigiert werden, indem eine hohe Spannung angelegt wird, die die Belagfläche zunJckbrennL Obgleich in der Zeichnung ein" Säge zum Zerschneiden dargestellt ist können selbstverständlich auch andere Techniken angewandt werden, beispielsweise ein warmer Draht, eine Hochgeschwindigkeits-Reibschneide, eine Schere usw.

!η Fig. 10 und 11 ist ein Kondensatorstapel 110 gezeigt, bei dem Kunststoffdielektrika 118 und 120 und Beläge 114 und 116 in Längsrichtung kontinuierlich angeordnet und in Querrichtung gestaffelt sind. Die verschmolzenen Dielektrika sind mit 119 bezeichnet Das Zerschneiden erfolgt entlang den Linien 131; es wird eine Mehrzahl von flachen Kondensatorringen 130 erzeugt, die einzeln identisch sind mit den oben beschriebenen flachen Kondensatorringen 30.

Hierzn 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines mehrschichtigen Flachkondensators, bei dem Metallbeläge tragende, isolierende Ausgangsstreifen zu einem Ring gewickelt werden, wobei die Metallbeläge so angeordnet sind, daß sie sich abwechselnd bis zu einem Rcnd des Rings erstrecken und am anderen Rand einen nicht metallischen Randbereich freilassen, bei dem sodann der Ring flachgepreßt wird, bei dem sodann die Stirnflächen des Ringes zur Kontaktierung mit geschmolzenem Metall besprüht werden und der zusammengepreßte Ring in einzelne Kondensatorscheiben zerschnitten wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangsstreifen (10) aus einem beidseits die Metallbeläge (14, 16) aufweisenden Trägerstreifen (12) und auf die Metallbeläge aufgebrachten, durch Wärme erweichbaren Schichten^'S, 20) aus einem Kunststoffdielektrikum von wesentlich geringerer Dicke als der Trägerstreifen besteht, daß während des Flachpressens Wärme zugeführt wird, so daß die Kunststoffdieiektrika von angrenzenden Lagen miteinander verschmolzen werden, und daß nach dem Verschmelzvorgang der Preßd.-uck weiter aufrechtet jalten wird, bis der flachgepreßte Ring (30) abgekühlt ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Kontaktieren das geschmolzene Metall (40) mit einer solchen Geschwindigkeit gesprüht wird, uaß es in die Kunststoffdielektrika eindringt, ohne daß es we-.entlicl λι den Trägerstreifen eindringt.

3. Verfahren nach Anspruch " oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Windung (30') des Ausgangsstreifens (10) mit einer oder mehreren der darunterliegenden Windungen wärmeversiegelt und vor dem Zusammenpressen des Rings (30) derart angeordnet wird, daß das Ende (32) der äußeren Windung nach dem Zusammenpressen an einem Ende des zusammengepreßten Ringes zu liegen kommt.