DE3211539A1

DE3211539A1 - Mehrschichten-stromschine hoher kapazitanz und verfahren zur herstellung derselben

Info

Publication number: DE3211539A1
Application number: DE19823211539
Authority: DE
Inventors: Michael J. 85202 Mesa Ariz. Taylor
Original assignee: Rogers Corp
Current assignee: Mektron Nv Gent Be
Priority date: 1981-03-31
Filing date: 1982-03-29
Publication date: 1982-10-07
Also published as: FR2503473B1; US4440972A; GB2096821A; BE892685A; FR2503473A1; GB2096821B; CA1181499A

Description

DORWSR a HUFNAGEL PATENTANWÄLTE

LANDWEHRGTR. 37 SOOO MÜNCHEN 2 TBL·. OC3/ÜS. öT C4

München, den 29· März 1982 /J Anvraltsaktenz.: 19^ - Pat. 57

" Rogers Corporation, Main Street, Rogers, Connecticut O6263, Vereinißte Staaten von Amerika

Mehrschichten-Stromschiene hoh.-r Kapazitanz und Vorfahren x,ur H er .stellung d er s e 1 h en .

Die Erfindung betrifft Stromschienen, insbesondere verhältnismässig kleine oder miniaturisierte Mehrschichten-Stromschieneneinueiten, bei denen die Stromschieneneinheit kapazitive Elemente zwischen Lagen von Stromschienenleitern ö umfasst zwecks Schaffung von Stromschienen hoher Kapazitanz, Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung derselben.

Herkömmliche Stromschienen von verhältnismässig kleinen oder miniaturisierten Abmessungen' sind auf diesem Gebiet seit einer Reihe von Jahren bekannt. Diese Vorricntungen werden zur Leistungs- und/oder Signalübertragung in einer Reihe von Systemen verwendet, wie z.B. Komputerschaltungen und integrierten Schaltkreisen.. Diese Mehrschichten-Stromschienen nach dem Stand der Technik weisen mindestens zwei leitende Platten auf, gewöhnlich in Form von länglichen Platten oder Schienen aus Kupfer, welche durcn einen isolierenden Film voneinander getrennt sind. Bei einem typischen Vertreter dieser Stromschienenbauart werden Kupferleiter verwendet mit einer Dicke von etwa 0,25 mm bei einer Gesamtdicke der Stromschiene von etwa 0,5 bis 3 mm, einer Breite von etwa 3,8 bis 5 mm und in Längen bis zu etwa 400 mm. Charakteristisch bei dieser Bauart ist eine isolierende Trennschicht aus einer dielektrischen Kunststoffolie, wie etwa der als MYLAR bekannte Polyesterwerkstoff. Die MYLAR Trennschicht und die leitenden Platten werden durch einen Klebstoff zusammengehalten. Herkömmliche Stromschienen dieser Bauart nach dem Stand der Technik haben eine verhältnismässig niedrige Kapazitanz mit der Folge, dass diese Vorrich-

JO tungen vergleichweise unwirksam sind betreffs Unterdrückung von Hochfrequenzgeräusch. Dieses Hochfrequenzgeräusch ist äusserst unerwünscht, besonders in den Fällen, wo die Stromschiene zur Signalübertragung verwendet wird.

Ein bekannter Versuch zur Eliminierung dieses Geräuschproblems besteht darin, nach der Fertigstellung der Stromschxeneneinheit an diese Kondensatoren anzuschliessen. Wenn bei dieser Lösung aucn die Kapazitanz erhöht und das Geräusch minimiert wird, so entstehen doch zusätzliche Kosten und eine längere Herstellungszeit.

Bei einer andern Stromschienenbauart nach dem Stand der Technik sind einzelne kapazitive Elemente vorgesehen, welche zwischen zwei Stromleitern eingefügt sind. Diese Stromscnienen haben die gewünschte hohe Kapazitanz.

Ausführungsformen solcher Stromschienen hoher Kapazitanz werden in den US-Patenten 4.236.038 und 4.236.046 und in der Patentanmeldung 950.266 beschrieben. Die bei dieser Stromschienenbauart verwendeten hochkapazitiven Elemente sind dünne Lagen oder Plättchen aus dielektrischem Material, gewöhnlich aus einem keramischen mit einer hohen Dielektrizitätskonstante. Die beiden Aussenflachen der Plättchen sind vollständig mit einem dünnen, kontinuierlichen Film aus leitendem Material belegt, wobei diese leitenden Filme elektrisch mit je einem Stromschienenleiter verbunden sind.

Zur Vermeidung dieser Nachteile und Unzulänglichkeiten des Standes der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, ausgehend von einer Mehrschichten-Stromschiene.der eingangs erwähnten Art, einen verbesserten Aufbau für diese miniaturisierten Stromschienen hoher Kapazitanz vorzuschlagen, sowie Verfahren zur Herstellung derselben.

Diese Aufgabe wird, ausgehend von einer Mehrschichten-

Stromschierie der eingangs erwähnten Gattung durch die im

Kennzeichen der Ansprüche 1 und 10 angeführten Merkmale gelöst.

Ausfuhrungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen, in denen gleiche Teile mit den gleichen Referenzzahlen versehen sind, dargestellt und werden im folgenden näher besenrieben. Es zeigen:

Figur 1, eine perspektivische, teilweise weggebrochene Ansicht zur Illustrierung eines Verfahrens zum Formen von Kondensatorstreifen;

Figur 2, die perspektivische Schnittdarstellung eines Kondensatorstreifens;

Figur 3, eine Teildraufsicht auf eine Stromscniene;

Figur 4, einen Querscnnitt durch eine Stromschiene nach der Schnittlinie 4-4 der Figur 3;

Figur 5, eine vergrösserte Einzelheit des Stromschienenabschnitts 5 in Figur 4.

In Figur 1 ist eine Vorrichtung zum Formen von Kondensatorstreifen pauschal mit der Referenzzahl 10 bezeicnnet. Auf einem Support 16 sind kapazitive Elemente 11 in einer Anzahl linearer Gruppen positioniert. Die kapazitiven Elemente 11 bestehen aus keramischen 0 Plättchen 12 mit metallbeschxchteten Oberflächen, d.h. leitende Beschichtungen 14 und 14' sind auf einander gegenüberliegenden Seiten der Plättchen 12 angebracht. Die keramischen Plättchen 12 bestehen aus einem keramischen Material mit einer hohen Dielektri-5 zitätskonstante, vorzugsweise einer solchen von mehr als 8¹OOO. Ein keramisches Material welches hierbei Verwendung finden könnte ist Bariumtitanat. Die keramischen Plättchen 12 haben eine Dicke von rund 0,12 mm bis rund 0,38 mm, während die Abmessungen der gegenüber-0 liegenden Flächen in der Grössenordnung von rund 5 mm

x 5 mm bis 5 mm -χ 76 mm für die einzelnen Plättchen liegen, oder aber können die Plättchen 12 sich über die ganze Länge der herzustellenden Stromschieneneinheit erstrecken, wenn sie in Gestalt von Bandkondensatoren zur Verfügung stehen. Die leitenden Bescnichtungen 14 und 14" können durch irgendein herkömmliches Verfahren zu Stande kommen, wie etwa durch Aufkleben von leitenden Folien auf die gegenüber liegenden Seiten der Plättchen 12 oder durch Deponieren einer leitenden Schicht, wie etwa Silber, auf den gegenüber liegenden Seiten der Plättchen 12. In einer bevorzugten Ausgestaltung besteht der Support 16 aus irgendeinem leitenden Material, vorzugsweise aus einer Kupferfolie.

In einen Rahmen 18 (Figur 1) wird ein Blatt leitender Folie 16 eingelegt. Die kapazitiven Elemente 11 werden dann an die leitende Folie 16 mittels irgendeinem herkömmlichen Verfahren angeklebt, wie z.B. durch Löten oder mittels Verwendung eines leitenden Klebstoffes. Das für das Verkleben der kapazitiven Elemente 11 und der leitenden Folie 16 angewandte Verfahren muss den elektrischen Kontakt zwischen der leitenden Folie 16 und der anliegenden leitenden Schicht 14 gewährleisten. Die Kondensatorelemente 11 werden, wie aus Figur 1 hervorgeht, in mehreren Reihen auf der Folie 16 angeordnet.

Die leitende Folie 16 und die kapazitiven Elemente werden dann im Rahmen 18 vergossen. Die Abmessungen des Rahmens 18 werden nur durch die Grosse der leitenden Folie 16 und die Anordnung der kapazitiven Elemente 11 beschränkt, Der Rahmen 18 wird mit einem isolierenden Werkstoff 20 gefüllt. Der isolierende Werkstoff 20 ist ein scherbarer, nichtbröckelnder elektrischer Isolierstreifen wie beispielsweise Goodyear UPE-55771, ein thermoplastisches Polyester, ein ainid-gehärteter Epoxy oder andere marktgängige Vergussmittel mit ähnlichen Eigenschaften.

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AO

Es wird soviel isolierendes Material 20 in den Rahmen gegossen, dass die kapazitiven Elemente 11 vollständig davon umgeben sind, dabei jedoch die obere leitende Schicht 14 eines jeden Kondensators freibleibt·. Der isolierende Werkstoff 20 wird dann ausgehärtet und der Rahmeii 18 entfernt. Der isolierende Werkstoff 20 wird dann mittels irgendeines herkömmlichen Verfahrens geschnitten und bildet dann Streifen oder Bänder aus isolierendem Werkstoff 20 mit darin eingebetteten kapazitiven Elementen 11, wie dies aus Figur 2 hervorgeht.

Die Figur 2 zeigt einen Kondensatorstreifen oder -band 22 aus isolierendem Werkstoff 20 mit darin eingebetteten kapazitiven Elementen 11. Der Kondensatorstreifen 22 besitzt eine bestimmte,diskrete Anzahl von kapazitiven Elementen 11, deren eine Seite eine blossliegende leitende Beschichtung 14 aufweist, während die entgegengesetzte Seite mit der Folie 16 verbunden ist. Dieser Kondensatorstreifen 22 wird für die Herstellung einer miniaturisierten Stromschieneneinheit verwendet.

In den Figuren 3 und 4 ist eine miniaturisierte Stromschieneneinheit pauschal mit der Referenzzahl 24 bezeichnet. In diese Stromschieneneinheit 24 ist das Kondensatorband 22 integriert, wobei die kapazitiven Elemente 11 sich zwischen zwei Stromschienenleitern 26 befinden. Diese Stromschienenleiter bestehen aus Kupfer und sie können gegebenenfalls verzinnt sein. Die Leiter 26 sind etwa 0,25 mm dick und haben eine Breite oder höhe von etwa 3,8 mm bis 5 mm und eine Länge von etwa 50 mm bis etwa 410 mm, in Abhängigkeit vom jeweiligen Anwendungsfall. Die Stromschienenleiter 26 haben Verteilerzinken oder -finger 28. Jiese Zinken oder Finger 28 dienen dazu elektrischen Strom oder elektrische Signale

zu verteilen. Das Kondensatorband 22 ist zwischen den Stromschienenleitern 26 in seiner Lage gesichert; dies kann durch ein beliebiges bekanntes Verfahren gesehenen, welches gewährleistet, dass die leitende Schicht 14 und die leitende Folie 16 sich in elektrischem Kontakt mit dem jeweils anliegenden Stromschienenleiter 26 befinden. Zur Isolierung der Aussenf lache einer jeden Stromschiene 26 kann auch noch eine Kunststoffbeschichtung 30 vorgesehen werden, oder aber kann die ganze Einheit in isolierenden Kunststoff eingekapselt werden.

In Figur 5 ist der lamellenartige Aufbau der Stromschieneneinheit 24 gemäss einer Ausgestaltung durch die vergrösserte Darstellung einer Einzelheit gut zu ersehen. Das Kondensatorband 22 ist zwischen den Stromschienenleitern 26 mittels einem beliebigen Material und einem beliebigen Verfahren, welcne eine mechanische'und elektrische Verbindung zwischen der leitenden Schicht 14 und der leitenden Folie 16 mit dem anliegenden Stromschienenleiter 26 gewährleisten, in seiner Lage gesichert.

Zu diesem Zweck geeignete Werkstoffe sind leitende Klebstoffe oder Lot.

Gemäss einem alternativen Herstellungsverfahren kann der leitende Support 16 in Figur 1 durch irgendeinen anderen geeigneten Support ersetzt werden, von welchem 5 die eingebetteten Reihen von Kondensatoren nach dem Vergusschritt gelöst werden können. Bei dieser alternativen Lösung werden die gegenüberliegenden Beschicntungen 14 und 14' eines jeden Kondensators des Bandes direkt mit dem anliegenden Stromschienenieiter verklebt.

Claims

Pate η t a η s ρ r ü c h e

J Mehrschichten-Stromschiene hoher Kapazitanz mit zwei räumlich getrennt verlaufenden Leitern (26) mit nach innen zeigenden ebenen Flächen, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen'die beiden Leiter (26) ein Kondensatorstreifen (22) eingefügt ist, welcher zwei nach aussen zeigende ebene Fläcnen aufweist, wobei der Kondensatorstreifen 22 eine Mehrzahl von räumlich getrennten, gesonderten und in eine Isoliermasse (20) eingebettetenKondensatoren (11) umfasst , von denen jeder zwei gegenüber liegende, ebene leitende Flächen (14) aufweist, welche an den ebenen Flächen des Kondensatorstreifens (22) blossliegen und letztere Flächen zum Teil definieren, dass die leitenden Flächen (14) mit den ihnen zugeordneten, nach innen zeigenden Flächen der Leiter (26) in elektrischen Kontakt gebracht werden, und dass Mittel vorgesehen sind, um die leitenden Kondensatorflachen (14) mit den nach innen zeigenden, zugeordneten Fläcnen der Leiter (26) in elektrischem Kontakt zu halten.
2. Stromschiene nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltemittel einen leitenden Klebstoff einbegreifen, der sich in innigem Kontakt mit den leitenden Flächen (14) und den Leiterflächen (26) befindet, wobei dieser leitende Klebstoff den Kondensatorstreifen

(22) am Leiter (26) festklebt.

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3. Stromschiene nach den Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet durch ein elektrischleitendes längliches Band (16), welches an einer der ebenen Flächen des Kondensatorstreifens befestigt ist, wobei dieses Band (16) sich in elektrischem Kontakt mit den leitenden Flächen (14) der Kondensatoren (11) und den nach innen zeigenden Flächen eines der Leiter (26) befindet.
4. Stromschiene nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiter (26) Stromschienenleiter sind.
5. Stromschiene nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensatoren (11) linear am Streifen (22) angeordnet sind und dass jeder dieser Kondensatoren aus einer flachen Keramikwaffel

(12) besteht, deren zwei gegenüberliegende Seiten eine Metallbeschichtung aufweisen und damit die ebenen leitenden Flächen (14, 14') bilden.
6. Stromscniene nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichneL, dass die Kondensatoren (11) linear am Streifen (22) angeordnet sind und dass jeder davon aus einer flachen Keramikwaffel (12) mit zwei gegenüber liegenden Seiten besteht, welche mit einer Lage (14, 14') eines leitenden Klebstoffs beschichtet sind.
7. Stromschiene nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Keramikwaffel (12) eine Dielektrizitätskonstante von mehr als 8¹OOO hat.
8. Stromschiene nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das isolierende Material (20) zu der Gruppe von thermoplastiscnem Polyester und amid-gehärtetem Epoxy gehört.
9. Stromschiene nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das isolierende Material (20) scherbar ist und nichtbröckelnd.
10. Verfahren zur Herstellung einer Stromschieneneinheit hoher Kapazitanz, gekennzeichnet durch folgende Herstellungsschritte:

Auswahl einer Anzahl von im wesentlichen identischen kapazitiven Elementen, ein jedes davon bestehend aus einer Waffel aus dielektrischem Material mit zwei elektrischleitend beschichteten, gegenüber liegenden Seiten,

Anordnen der kapazitiven Elemente in linearen Gruppen auf einem Substrat,

Einlegen des Substrates der kapazitiven Elemente in einen' Trog,

0 Füllen des Troges mit einem elektrisch isolierenden

Material in flüssiger Form,

darauf achten,dass das isolierende Material nicht die leitend beschichteten Oberflächen der kapazitiven Elemente bedeckt,
Aushärten des isolierenden Materials,

Entfernen des Troges,

Schneiden des isolierenden Materials zwecks Bildung eines Bandes mit linearer Anordnung _VOn darin eingebetteten kapazitiven Elementen und

Befestigen des Bandes zwischen zwei Stromschienenleitern , wobei die leitendbeschichteten Oberflächen der kapazitiven Elemente in elektrischem Kontakt mit den ihnen zugeordneten Stromschienenleitern sind.

-A-
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Anordnens die Wahl einer leitenden Folie als Substrat einbegreift.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die kapazitiven Elemente mit der leitenden Folie verklebt werden und die Folie von dann an ein Teil des abgeschnittenen Bandes ist.