DE2453991A1 - Verfahren zur herstellung einer metallisierten kunststoffolie fuer elektrische kondensatoren - Google Patents

Description

• Verfahren zur Eerstellung; einer metallisierten Eunststoffolie für elektrische Kondensatoren.
• Die vorliegende erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer metallisierten Kunststoffolie für elektrische Kond ensatoren.
• Derartige Folien dienen zur Herstellung von se'bstheilfähigen Kondensatoren, den sogenannten NK-Kondensatoren. Obwohl die Durchschlagsfestigkeit von Kunststoffolien gegenüber Papier wesentlich größer ist, können IK-Kondensatoren bei weitem nicht bis zu diesen Spannungswerten belastet werden. Die Durchschlagsfestigkeit von Polypropylen z.B. beträgt ca. 500 kV/mm, während die Durchschlagsfestigkeit von getrocknetem Papier wie es für NK-Kondensatoren verwendet wird, nur 150 - 175 kV/mm beträgt. Trotz dieses Vorteils der Polypropylenfolie zeigen MEP-Kondensatoren praktisch keine wesentlich höhere Spannungsfestigkeit als vergleichbare MP-Kondensatoren.
• Untersucht man die Oberfläche von z.B. Polypropylenj so weist diese im Mikronbereich Bereiche unterschiedlicher '2exturrichtungen' auf. Analog wie bei den Kristalliten vieler Stoffe (Metalle, Halbleiter) gibt es auch hier Grenzzonen zwischen diesen Bereichen unterschiedlicher Sturkturrichtung. Bei Metallen und Halbleitern nennt man diese Grenzbereiche Korngrenzen'. Wie die Diffusion entlang solcher Korngrenzen bis über eine GröBenordnung größer sein kann, so zeigen auch die Grenzbereiche von Eunststofffolien eine wesentlich höhere Diffusionskonstante für im Vakuum auftreffende Metallatome hoher Demperatlarenergie. Wird z.B.
• Aluminium auf eine Polypropylenfolie im Hochvakuum aufgedampft, so entstehen durch das Eindiffundieren von Aluminium-Atomen in die Grenzzonen der Polypropylenfolie Aluminiumspitzen. An diesen Spitzen bilden sich nun bei Anlegen einer Spannung sehr hohe Feldstärken aus, die umgekehrt proportional mit der Wurzel des Radius der Spitzen zunehmen. Da die ganze Oberfläche der Kunststoffolie mit diesen Grenzzonen und damit mit diesen Metallspitzen bedeckt ist, wird die Durchschlagsfeldstärke bereits bei viel kleineren Spannzungen er eiskt.
• Ausgehend von dieser Erkenntnis ist es Aufgabe der Erfindung, diese Spitzenbildung zu vermeiden und damit metallbedampfte Kunststoffolien und daraus Kondensatoren mit wesentlich höherer Durchschlagsfestigkeit herzustellen.
• Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß vor dem Aufdampfen des Netallbelages eine polykristalline Isolierschicht aufgedampft bzw. erzeugt wird. Diese deckt die Grenzzone der Kunststoffoberfläche ab bzw. füllt die Senken aus. Durch die polykristalline Struktur wird sichergestellt, daß diese Isolierschicht nicht ebenfalls GreYzzonen oder 'Korngrenzen' aufweist.
• Die darüber aufgedampfte Metallschicht kann keine Spitzen mehr bilden, so daß die hohe Durchscí-,lagsfestigkeit der Kunststofffolie praktisch voll zur Geltung kommen kann.
• Als Isolierschicht können sowohl anorganische wie auch organische Stoffe Verwendung finden. Insbesondere eignen sich Aluminiumoxid (A1203), Siliziumoxid, lliziumdioxid und Siliziumnitrid (Si3N4), die im Vakuum auf die Kunststoffolie z.B. in einer Schichtstärke von 0,01 bis 1 Am, insbesondere < 0,05 Am, aufgedampft werden.
• Sie kann auch aus einer Siliziumdioxid- oder Aluminiumoxidschicht bestehen, die durch Aufdampfen einer Silizium- oder Aluminiumschicht und anschliebende vollständige Oxydation derselben hergestellt ist. Dabei muß auch, um die volle Wirksamkeit der Isolierschicht zu erhalten, das Metall in den Spitzen in nichtleitendes Oxid umgewandelt werden.
• Als organische Isolierschichten kommen z.B. solche Substanzen in Frage, die auch zur Herstellung von normalen Sunststoffolien für Kondensatoren Verwendung finden.
• Die erfindungsgemäß aufgebrachte Isolierschicht bringt noch den weiteren Vorteil, daß die vornehmlich entlang der Grenzzonen in der Kunststoffolie stattfindenden elektrochemischen Prozesse, die zur teilweisen Zerstörung des Metallbelages, insbesondere bei Verwendung von Aluminium, führt, weitgehend verhindert werden. Dieser als elektrochemischer Selbstheileffekt bezeichnete Vorgang hinterläßt auf der aluminiumbedampften Kunststoffolie nahezu kreisrunde, randscharfe Löcher, die durch elektrochemische Umwanclung der Aluminiumschicht in Aluminiumoxid entstehen.
• Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in der Zeichnung veranschaulichten Ausfuhrungsbeispiels beschrieben.
• Fig. 1 zeigt eine lediglich mit Metall bedampft und Fig. 2 eine gemäß der Erfindung ausgebildete Kunststoffolie.
• In Fig. 1 ist mit 1 eine Kunststoffolie bezeichnet, auf der ein Netallbelag 2, z.B. eine Aluminiumschicht aufgedampft ist. Dabei bilden sich leitende Spitzen 3 aus, die an den vorgenannten Grenzzonen der Bereiche unterschiedlicher Strukturrichtung der Kunststoffmoleküle auftreten. In gleicher Weise ist auf einer zweiten Kunststoffolie 4 ein Metallbelag 5 als Kondensator-Gegenbelag aufgedampft. Der Gegenbelag 5 kann auch aus einer Metallfolie bestehen. Wie anhand des gestrichelt eingeeichneten Verlaufs der elektrischen Feldlinien t ersichtlich ist, treten an den Spitzen 3 hohe Feldstärken auf, die die Ursache der Herabsetzung der Durchschlagsfestigkeit sind.
• Bei dem Beispiel der Fig. 2 ist die Kunststoffolie 1 gemäß der Erfindung zunächst mit einer Isolierschicht 6 bedampft, die in die Grenzzonen eindringt und isolierende Spitzen 7 bilden.
• Auf diese Isolierschicht 6 ist dann der Netallbelag 2 aufgedampft. Als besonders vorteilhaft hat sich hierfür Aluminium erwiesen. Wie anhand der elektrischen Feldlinien zu ersehen, treten an den Spitzen 7 keine hohen Feldstärken auf, sondern das Feld ist praktisch homogen. Damit wird die Durchschlagsfestigkeit erheblich verbessert.
• Bei elektrischen Kondensatoren können beide Beläge und die dielektrisch wirksamen Folien aus erfindungsgemäß hergestellten metallisierten Kunststoffolien bestehen. Gegebenenfalls kann åedoch der Gegenbelag 5 auch aus einer Metallfolie und das zweite Die'ektrikum 4 aus einer nicht metallisierten Isolierstoffolie, z.B. aus Kunststoff oder Papier, bestehen.

Claims (10)

1. Patentansprüche:

   erfahren zur Herstellung einer metallisierten Kunststofffolie für elektrische Kondensatoren, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Aufdampfen des Metallbelages (2 bzw. 5) eine polykristalline Isolierschicht (6) aufgedampft bzw. erzeugt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine anorganische nichtleitende Verbindung aufgedampftwird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung aus Aluminiumoxid besteht.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung aus Siliziuininonoxid besteht.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung aus Siliziumdioxid besteht.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung aus Siliziumnitrid besteht.
7. 7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnetz daß eine organische Verbindung auf der Basis von Polypropylen aufgedampft wird.
8. 8. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet daß zunächst eine Metallschicht aufgedampft wird, die in eine nichtleitende Verbindung umwandelbar ist, daß anschließend diese in die nichtleitende Verbindung umgewandelt wird und hierauf der Metallbelag (2 bzw. 5) aufgedampft wird.
9. 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschicht'aus Aluminium oder Silizium besteht und diese anschließend vollkommen oxidiert wird.
10. 10. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierschicht in einer Stärke von keiner als 0,05 Am aufgebracht wird.