DE2641232C2

DE2641232C2 - Schichtaufbau und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE2641232C2
Application number: DE2641232A
Authority: DE
Inventors: Dieter 7000 Stuttgart Bayer; Herbert Dipl.-Phys. 7064 Remshalden Förster
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1976-09-14
Filing date: 1976-09-14
Publication date: 1982-10-21
Also published as: FR2364534A1; GB1574064A; IT1084223B; DE2641232A1; FR2364534B1; US4229476A

Description

Stand der Technik

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Die Erfindung geht aus von einem Schichtaufbau nach der (iattung des Hauptanspruches. Es ist bereits ein Schichtaufbau bekannt (US-PS 24 82 054) bei dem eine zusammenhängende, die Subsiratobcrfläche optimal abbildende Zwischenschicht aus einer Metallverbindung aufgebracht ist. welche die Haftfestigkeit einer darüberliegenden Metallschicht und deren Korrosionsslabilität bei der Einwirkung von Wasserdampf und anderen korrosiven Gasen verbessen. Als Metallverbindungen, die auf einer glas- oder keramikartigen Unterlage aufgebracht werden, sind in dieser Vorveröffentlichung Oxide. Sulfide. Sulfate. Bromide, Chloride, Iodide, Wolframale und Fluoride von Metallen genannt.

Hie Förderung nach ein·:¹!· vollständigen Hedockunsr dc ^iibsii ales i:i;i der \lelail\ ei bindung, welche die Zwischenschicht /wischen dem Substrat und einer JiIiIiHMi M ct.ilK In·.. In bildet, w lid damit beg runde I. dall .lüein die Mnleku: i.u kraltc /wischen der Metallverbin

bO dung der angrenzenden Substratoberfläche einerseits und der Metallschicht andererseits für die gute Haftfestigkeit und Korrosionsstabilität maßgebend sind. Es wird daher gefordert, daß die Zwischenschicht lückenlos die gesamte Oberfläche des Substrates bedeckt.

Die Herstellung einer Zwischenschicht, wie sie aus der US-PS 24 83 054 bekannt ist, stößt jedoch in der Praxis auf erhebliche Schwierigkeiten. Diese bestehen einerseits in dem geringen Dampfdruck der vorgeschlagenen Materialien, so daß ein erheblicher apparativer Aufwand notwendig ist, um eine das Substrat vollständig bedeckende, zusammenhängende Zwischenschicht aufzudampfen. Dieser Nachteil wiegt noch schwerer, wenn die Zwischenschicht auf ein laufendes Band aufgedampft werden soll in Verbindung mit einer darüberliegenden Metallschicht, da bei einem derartigen Verfahren die Aufdampfbedingungen der beiden Schichten stark unterschiedlich sind, was das Aufdampfen in einem Arbeitsgang nahezu unmöglich macht; dies gilt insbesondere bei hohen Bandgeschwindigkeiten von bis zu 12 m/s, wie sie in der Kondensatorfertigung durchaus auftreten.

Weiterhin ist es bekannt (DE-AS 1100815), ein Papiersubstrat durch Aufdampfen sehr geringer Mengen eines hochsiedenden Metalls vorzubekeimen. welche in so geringer Menge aufgedampft werden, daß sie die Oberfläche des Papiers nicht vollständig bedecken. Zur Verringerung der durch die Vorbekeimungsmetalle verursachten Korrosionserscheinungen wurde vorgeschlagen, zusätzlich in einem weiteren Arbeitsgang eine zweite Vorbekeimung durchzuführen mit einem Metall, welches unedler sein sollte als das Belagmetall.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, insbesondere für die Verwendung bei elektrischen Kondensatoren, eine haftfeste und stabile Zwischenschicht in einem Schichtaufbau aufzubringen, welche sich mil vertretbarem apparativen Aufwand herstellen läßt, insbesondere in einem Arbeitsgang mil einer darüberliegenden Schicht, und welche gute haftvcrmittclnde und korrosionshindernde Eigenschaften für die gesamte Schichikombinaiion schafft. Hierbei gilt es insbesondere einen Schichtaufbau zu finden, welcher sich bei den geringen Abscheideraten der Metallverbindung in der Praxis ohne Schwierigkeiten auch auf einem laufenden Band herstellen läßt, ohne daß die Bandgeschwindigkeit unter ein wirtschaftlich vertretbares Maß gesenkt werden muß.

Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemäße Schichtaufbau mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruches hat den bekannten Schichtanordnungen gegenüber den Vorteil, daß er bei guten haftvermiuelnden und korrossionsschützenden Eigenschaften sehr viel einfacher und wirtschaftlicher aufgebracht werden kann. Bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Dünnschichtkombination für einen elektrischen Kondensator eignet sich die gefundene Lösung sowohl bei imprägnierten als auch bei nichtimprägnierten Kondensatordielektrika, wobei die Anwendung höherer Feldstärken als bisher möglich ist, ohne daß unzulässige Veränderungen de· elektrischen Eigenschaften de:. Kondensators auftreten. I'.in bei früher verwendeten Dielektrika im Zusammenbau;: mit hohen Feldstärken häufii: beob.i·. hicier ki eisli'rmiger Schichlabbau Hill nicht mehr aiii. I dieses Kunstitie Ergebnis bei einer nur leilweisen IScdei k;iii^

der Substralobcrfläche mi. einer Zwischenschicht aus einem Metalloxid und/oder Metallmischovid oder Aluminiumhydroxid war nicht zu erwarten. Den bekannten Verfahren gegenüber hat das erfindungsgemäße Verfahren neben seiner überraschenden Einfachheit in technischer Hinsicht auch erhebliche wirtschaftliche Vorteile, welche einerseits in einem beachtlich geringeren apparativen Aufwand und andererseits in einer wesentlich höheren Produktivität liegen.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Schichtaufbaus möglich. Als besonders vorteilhaft für die Zwischenschicht in einer Dünnschichtkombination hat sich die Verwendung der Oxide oder Mischoxide der Metalle Wolfram, Blei, Antimon und Wismut, aber auch der Metalle Aluminium. Magnesium. Cadmium. Chrom. Zinkon, Nickel, Kobalt, Mangan, Molybdän, Beryllium, Indium, Titan und Barium sowie die Oxide der metallähnlichcn Elemente Silicium und Bor herausgestellt. Die Oxide sind deshalb besonders vorteilhaft, weil sie elektrochemisch realliv inaktiv sind und weil sie ferner bei ihrer eventuellen Zersetzung, beispielsweise während eines selbsthcilenden elektrischen Durchschlags in einem Kondensator, in harmlose Produkte aufgespalten werden. Dagegen können beispielsweise Schwefel enthaltende Verbindungen schädliche Nebenwirkungen ausüben. Aus der Gruppe der Metalloxide heben sich wiederum diejenigen besonders vorteilhaft heraus, die bei direkter oder indirekter thermischer Verdampfung des Oxids und umgebendem Fremdgasdruck von bis zu 0,1 Torr einen im Sinne der Aufgabenstellung ausreichend hohen Dampfdruck aufweisen, wie dies beispielsweise bei den Oxiden von Wolfram, Blei, Antimon und Wismut der Fall ist. Beispielsweise in Kombination mit Zinkschichten der Dicke 100 bis 200 A oder der Flächendichte 10 bis 15ng/cm^: auf Papier- und Kunststoffbändern für Kondensatoren und Registrierzwecke ergeben sich überlegene Eigenschaften des erfindungsgemäßen Schichtaufbaus. Die Korrosionsbeständigkeit ist hoch und bei Kondensatordiclektrika mit dem erfinJungsgemäßen Schichtaufbau werden wesentlich höhere elektrische Belastungen zulässig, ohne daß sich beispielsweise der bei älteren Schichtkombinationen häufig in Verbin- · dung mit hohen Feldstärken beobachtete kreisförmige Schichtabbau und somit eine Verschlechterung der elektrischen Eigenschaften des Kondensators ergibt. Die erfindungsgemäße Schichtkombination besitzt darüber hinaus den Vorteil, daß bei der Verwendung in ^; einem Kondensator die Regenerierfähigkeit aufgrund der dünneren Schicht wesentlich verbessert wird. Bei Polypropylenfolien lassen sich Nennfeldstärken von mindestens 50 V/um erreichen, ohne daß unzulässige Vi./änderungen des Dielektrikums eintreten. Es ergibt ■ sich somit neben der Stoffeinsparung auch eine erhebliche Volumeni-insparung. die bei modernen Bauelementen immer mehr angestrebt wird. Ähnliche Verhältnisse ergeben sich auch bei imprägnierten selbstheilenden Kondensatoren. Bei Registriermetallpapieren wird insbesondere die durch Korrosionseinflüsse begrenzte Lagerfähigkeit erheblich verbessert; während sich bei bekannten Schichten nach längerer Lagerung durch Oxidation und Korrosion Fehlstellen

n durch unvollständigen Ausbrand ergaben, erhält man bei der crfindungsgemäßen Dünnschichtkombination aufgrund der praktisch unveränderten elektrischen Eigenschaften des Registrierpapiers auch nach langer Lagerzeil noch einwandfreie Aufzeichnungsqualität.

> Die ein Substrat nur unvollständig bedeckende Zwischenschicht kann statt durch Verdampfen der Verbindung auch reaktiv, durch Aufdampfen des reinen Metalls in Gegenwart der jeweiligen anderen Reaktionspartner hergestellt weiden. Ein Beispiel hierfür ist die Herstellung von Aluminium-Oxid-Inseln. also eine nur teilweise Belegung der Substratoberfläche durch Verdampfer/ von Aluminium bei hinreichend geringen Verdampfungsraten: die Aluminiumatome werden entweder während ^;hres Transportes zur Substratoberflä ehe oder auf der Substratoberfläche mit vorhandenem Restsauersioff oder Restwasser reagieren, wobei Aluminiumoxid oder Aluminiumhydroxid gebildet und auf der Oberfläche feslhaftend niedergeschlagen wird. Dies geschieht besonders einfach bei einem Restgasdruck zwischen 1 urd 0,01 Torr, der für beispielsweise Zink-Bedampfung von Bändern noch zulässig ist und mit dessen Hilfe eine zu hohe Abdampfrate des Aluminiums und damit die Gefahr eines zu hohen Aluminiumangebotes vermieden wird. Ähnlich kann bei anderen Oxiden geringeren Dampfdrucks, beispielsweise den Oxiden χ on Indium, Beryllium, Nick?!. Kobalt verfahren werden. Weiterhin kann es je nach Anforderung oder vorhandener technischer Ausrüstung vorteilhaft sein, verschiedene Metallverbindungen und/oder verschiedene .Schichtmetalle in der gleichen Schichtkombination .tu verwenden.

Eine besonders gute Haftfestigkeit der verschiedenen Komponenten des Schichtaufbaus untereinander ergibt sich dann, wenn Metalle und Metallverbindungen mit geringer Fehlanpassung zwischen den Kristallgittern benutzt werden. Hierbei ist es vorteilhaft, wenn die Gitterabstände oder die Kantcnlängcn der Einheits/ellcn etwa gleich groß sind oder etwa ein ganzzahliges Vielfaches zueinander bilden. Bei einer derartigen geringen Fehlanpassung ist die Haftung der verschiedenen Stoffe aneinander und die Beständigkeit tier Metallschicht sehr gut und dieses Kriterium kann beider Auswahl der Stoffe zur Erhöhung der F.ITekti\ ilat berücksichtigt werden.

Claims

Patentansprüche:

1. Schichtaufbau, insbesondere fur einen elektrischen Kondensator, mit wenigstens einer auf einen Träger aus Isolierstoff aufgebrachten, anorgani- ■-> sehen Verbindung, die Metall enthält, und jeweils einer darüberliegenoen Metallschicht, dadurch gekennzeichnet, daß die anorganische Verbindung aus mindestens einem Metalloxid und/oder Metallmischoxid oder Aluminiumhydroxid besteht und daß diese die Trägeroberfläche nur unvollständig bedeckt.

2. Schichtaufbau nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschicht aus Aluminium oder Zink und/oder Cadmium besteht. r>

3. Schichtaufbau nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die anorganischen Verbindungen Metalloxide und/oder Mischoxide der Metalle Aluminium, Magnesium, Wismut, Antimon, Blei, Cadmium, Wolfram, Molybdän, Beryllium, Indium, Titan, Barium. Chrom, Zirkon. Nickel, Kobalt. Mangan sind.

4. Schichtaufbau nach einem der Ansprüche 1 bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß der Träger ein Papier- oder Kunststoffband ist. 2,

5. Schichtaufbau nach einem der vorhergenenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Verwendung von Meiaüen und Metallverbindungen mit geringer Fehlanpassung zwischen den Kristallgittern.

6. Schichtaufbau nach Anspruch 5, dadurch ge- jo kennzeichnet, daß die Gitterabstände oder die Kantenlängen der Einheitszellen etwa gleich groß sind oder etwa ein ganzzahliges Vielfaches zueinander bilden.

7. Verfahren zur Herstellung eines Schichtaufbau^ κ, nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die verschiedenen Schichten durch thermisches Aufdampfen auf ein bandförmiges Substrat in einem fortschreitenden Arbeitsverfahren aufgebracht werden bei umgebenden Frcmdgasdrucken s 1 Torr. dadurch gekennzeichnet, daß die anorganischen Verbindungen reaktiv durch Verdampfen ihrer reinen Metallanteile und deren anschließender Reaktion mit den anderen Vcrbindungsbestandieilen hergestellt werden. 4ϊ