專利名稱：制造規(guī)則的、尤其用于電學雙層電容器的多層結構的方法及其設備的制作方法
多層結構尤其在電學元件方面是已知的，以便一般地通過多次重疊布置來提高電學單層元件的性能。
從US-5,621,607已知具有多層結構的電容器，該種電容器例如由多個在其間各布置了電介質的電極層組成。該種多層結構的電容器在此具有，由在其間布置電介質的兩個電極層組成的單個電容器元件所具有的電容的許多倍。一種簡便規(guī)則是，多層結構電容器的性能或電容等于單個電容器元件的電容與電容器元件的個數(shù)的乘積。
由DE 197 04 584 C2已知一種具有至少兩個串聯(lián)單元的雙層電容器。它包括電極層和電解質層的交替布置并通過多個單層的重疊和擠壓來制造。從JP 11-260673A已知一種雙層電容器，為了制造該種電容器將正負電極交替地插入一種帶狀隔片內，隨后將隔片彎曲折疊，以便得到一種具有正負電極交替布置的層堆。
多層結構的另一優(yōu)點在于，兩個電極層之間的場強隨著電極間距的減小而提高。該提高的場強對其它元件也是有益的，例如對于多層結構的，各個壓電器元件上下重疊布置的壓電器(Piezoaktor)。一種這樣的具有多層結構的壓電器，可以用一種比具有相同壓電材料層厚度的、或具有相同最大壓電允許偏移的相應單層壓電器小很多的工作電壓進行工作。
多層結構元件各根據功能和用途，可以實施或制成或多或少松散的、單層的重疊層堆。然而，特別是在受機械應力的情況下要求多層結構中的各單層的較牢固組合，以便賦予整體足夠的機械穩(wěn)定性。對于陶瓷多層結構元件力求整體組合。
在多層電容器，尤其具有液體電解質的多層電容器中，電極層上下交替地布置不導電的中間層。在此為該中間層尤其使用一種彎曲折疊的隔片，在其″袋″內插入電極層。這里該電極層也可以具有多層結構，在所述多層電容器中，例如具有一種由帶有位于中間的金屬電極層，例如鋁的兩個疏松碳層組成的三層結構。在制造時將不同的電極層各個上下重疊。在此對于每層或每個覆蓋層需要一個獨立的工藝步驟。在堆疊這種單個元件或單層時于是出現(xiàn)層與層相互準確定位的問題，這些問題一方面導致對再現(xiàn)性的不利影響，另一方面導致對元件的破壞或性能的下降。特別是在變薄的層時也給單層操作帶來了困難，因為這些層越加柔軟和此時機械上也越加不穩(wěn)定。
因此本發(fā)明的任務是，提供一種尤其適用于元件的規(guī)則多層結構的制造方法，該方法在實施方面是簡化了的，并且可靠而精確地達到所希望的結果。
該項任務用按權利要求1的方法解決。本方法的有利擴展以及制造多層結構的設備可由從屬權利要獲得。
本發(fā)明建立在將制造設計為連續(xù)方法的基本構思的基礎上，因為多層結構中的重復的層序列也決定了重復的方法步驟。從機械上最穩(wěn)定的層開始，該層用作載體材料并以帶狀形式尤其以″無限長帶″的形式提供。
帶狀載體材料分離成所需大小和形狀的單個切割段在此至少分兩各階段進行。在第一步的部分分離中載體材料被分成單個的載體切割段，其中在各兩個單個相鄰切割段之間保留一個有承載能力的連接，該種連接例如以橋形接片形式構成。從而在工件上連續(xù)地進一步加工載體材料是可能的。在下一步驟中，在帶狀載體材料的表面之一上進行至少另一材料層的連續(xù)覆蓋。只是在此之后才將所需大小的單個切割段沿著預先規(guī)定的分離線完全相互分離，其中分離線位于已經進行的部分分離的位置上。
在此所得到的同樣形式的多層切割段現(xiàn)在通過規(guī)則的上下重疊組合成多層結構。必要時在此可以在各兩個多層切割段之間插入一同樣可以包括多層結構的中間層。
本方法具有的優(yōu)點是這種方法可以連續(xù)進行，同時最小的應加工的切割段已經是不必單個上下重疊的多層切割段。多層切割段具有的優(yōu)點是，在集成的實施方法基礎上這些多層切割段具有統(tǒng)一的精確結構。從而在單一多層切割段內解決了準確定位問題。以兩個階段進行分離的另一優(yōu)點是可以分別地選擇單層基面，也就是載體切割段的基面和至少另一材料層的基面。從而有可能把一個材料層，特別是載體材料，幾乎完全包封在其它材料層之間。于是在制成的元件上只在最后分離的橋形接片的區(qū)域內留有從外面可看見的載體材料的切割棱邊。這種情況在金屬載體材料時特別有利，這些種材料可以形成鋒利的切割棱邊，該棱邊在元件的進一步加工或也在操作時又可能造成干擾。
此外，用本方法有可能在載體襯底上不只覆蓋一種材料層，而是可以同時或者隨后在同一或在位于對面的表面上覆蓋其它層。也有可能通過其它附加步驟為各個材料層調整不同的切割段大小，以便尤其將位于多層切割段內的層幾乎完全沒有外部可見的切割棱邊地包封起來。在多層結構中僅只有載體材料或另一位于內部的層的棱邊部分是可見的，該部分在最后的分離步驟中作為承載的連接部分被切斷。
尤其在具有多于三個單層的多層切割段的情況下，也有可能將分離分三步實施，其中在第一步部分分離時保留的承載連接在覆蓋另一材料層之后，在第二步部分分離時被切斷，然而第二材料層的一部分應該保留以作為兩個相鄰切割段之間保留的連接。在這種情況下可以這樣安排第三分離線，使得在多層切割段中從外側看不見載體材料層的切割棱邊。
只有當在各個切割段中的部分分離不只是沿著兩個相鄰切割段之間的分離線進行時，才能實現(xiàn)各個材料層中的不同切割段大小。更確切地說在這種情況下要求，在部分分離時在各兩個相鄰切割段之間設置一個寬的裁剪線，或者更好是沖裁出分離條或者按其它方式進行去除。如果該隨后的進一步部分分離或完全分離成多層切割段在隨后是以較小的裁剪寬度或者甚至作為沿著分離線的精密分離而實現(xiàn)的，那么在各個材料中的切割段面積差最大可能相當于分離條的面積。
在本發(fā)明的一種有利的擴展中，在兩層的多層切割段中已經實現(xiàn)從外部可見的一種材料層的切割棱邊以相對于其它層更小的切割段面積向內移位并且從而有小的干擾。這種情況是可以實現(xiàn)的，如果在完全分離時在承載連接的范圍內由分離線構成一種指向切割段中心的間隙。為了使在兩個相鄰切割段之間是這種情況，該橋形接片為此優(yōu)先通過沖裁例如一個圓形切口被切開。
這對多層結構尤其有益，在該多層結構中于是所述切割棱邊位于一個從多層結構的端面往回偏移的間隙中。
下面借助一實施例和所屬五個附圖進一步說明本發(fā)明。


圖1在示意性圖示中示出在不同工作階段期間的帶狀載體材料，圖2示出單個多層切割段的俯視圖，
圖3示出單個多層切割段的示意性橫截面，圖4示出具有多層結構的電容器的示意性橫截面，和圖5示出制造多層切割段的設備的示意性橫截面。
下面作為實施例說明用作具有多層結構的電容器的電極的多層切割段的制造。從帶狀載體材料1，尤其從導電薄膜，例如鋁薄膜開始。圖1部分地示出在不同的加工階段內具有不同切割段的載體材料1。用虛線2標出不同切割段a-h之間想象的邊界。
作為第一加工步驟，進行載體材料1的部分分離，以使其成為各個載體材料切割段(例如b和c)。為此借助適當?shù)那懈罨驔_裁裝置從載體材料1中切割出不同的間隙3。在兩個部分分離的切割段c和d之間保留橋形接片4形狀的有承載能力的連接，該連接保證薄膜1作為″無限長材料″的繼續(xù)加工。在所示實施例中，在沖裁面3的上方，在切割段a-f之間還保持一個貫通的連接，在該連接中未進行分為切割段的分離。
從切割段d開始在載體材料上覆蓋另一材料層，在所述電容器應用的當前情況下是覆蓋碳素布5。該另一材料層可在整個表面覆蓋，然而對于電容器的應用卻可以使圖中上部邊緣條保持未被覆蓋。此外將該碳素布以有利的方式如此覆蓋，使得該碳素布從圖1中下部示出的載體材料1的邊緣伸出一窄條。同時或者與此錯位地在載體材料1的下側以適當方式同樣覆蓋另一材料層，在這里用于電容器是覆蓋另一碳素布，為明了起見在圖中未示出。
作為下一加工步驟，進行載體材料1和其上覆蓋的材料層5的徹底分離。用適當?shù)那懈罨驔_裁裝置，沿圖1中用粗線6所示的分離線，在圖中帶狀載體材料1的左端切割出各個多層切割段8。在這里，分離線6在第一步部分分離的間隙3上對中地劃出。在橋形接片4的區(qū)域內沖裁出這里為圓形的間隙7。分離線從圖中載體材料1的上部未被碳素布5覆蓋的邊緣條如此劃出，使得從多層切割段8引出一個由未被覆蓋的載體材料組成的魚尾板9。
結果得到一個單一的多層切割段8，如圖2所示。碳素布5在所有側面搭接載體材料1的切割段，并且從上方看與此切割段只是在圓形沖裁區(qū)域10中有共同的切割棱邊。只是魚尾板9-它在此后的多層切割段的應用中作為具有多層結構的電容器中的電極單元用于電接觸-作為載體材料1的一部分還從用碳素布5覆蓋的多層切割段8中伸出。
依據附加材料層的涂覆，多層切割段8在各個層之間只有松散的結合。在本實施例中，在碳素布5和用作載體材料的鋁薄膜1之間的結合僅通過傳輸輪的擠壓產生。因此所分成的單個多層切割段8立刻進一步加工是有利的。
為了制造多層結構電容器，為此將多層切割段8上下堆疊，其中在各兩個多層切割段8之間布置一不導電材料作隔片。有利的是使用同樣為帶狀的、電絕緣、但允許離子通過的被彎曲折疊的薄膜。圖4示出已準備好的多層切割段8是如何被插入這種彎曲折疊的隔片薄膜12的袋中的，此時形成一種規(guī)則的多層結構13。對于電容器可以一起布置多達100個多層切割段及位于其間的隔片12。為了在制成的電容器中能夠得到不同的極性或不同的接觸，各個多層切割段優(yōu)選地交替旋轉180°，使得由鋁薄膜組成的魚尾片9從多層結構13的不同側伸出。
為了完成制造將多層結構13放入外殼內，魚尾片相互焊接并與外殼焊接，隨后將外殼用溶劑和導電鹽(Leitsalz)填滿。這種具有多層結構的電容器的可能尺寸，對具有約100F的電容器這里達到約16*30*55mm，對具有約2700F的電容器的尺寸為60*60*160mm。
圖5在示意圖中示出一種適于制造多層切割段8的設備。該設備包括帶狀載體材料1的第一進料裝置，例如由一個儲備卷材15和至少一個偏轉和傳輸輪19組成。用該裝置將帶狀載體材料1向加工方向x傳輸。在第一沖裁裝置18中，進行帶狀載體材料1的部分分離形成各個切割段，例如按照圖1中的沖裁3。在第一沖裁裝置18之后，緊跟著用于連續(xù)覆蓋至少另一材料層5的裝置5，該裝置用于例如另一帶狀材料5而至少包括儲備卷材17和傳輸及偏轉輪20和21。對于本具體實施例，在圖5中示出一種可能的用于第三帶狀材料層14的另一進料裝置，該裝置這里包括儲備卷材16和至少兩個另外的傳輸和偏轉輪。
在用于覆蓋至少另一層的裝置之后，緊跟著第二沖裁裝置22，該沖裁裝置構成用于完全分離這里由三層組成的、且直到現(xiàn)在為連在一起的材料帶。在圖5中該第二沖裁裝置22示意地構成為切割刀。用此裝置得到分離成單個的多層切割段8，該切割段現(xiàn)在可以通過上下堆疊用于制造多層結構13。
只是示范性借助實施例說明了多層結構的制造，它也可以為用于其它應用以簡單的方式加以改變，其中尤其是材料、其它層的數(shù)量和切割段的形狀或用于部分和完全的切割段分離的裁剪控制可以被改變?？傊痉椒ㄗ钸m于全自動化工藝，用該工藝至少保證在多層切割段中各個層相互間的可靠定位。此時不再需要各個層切割段的繁瑣操作。
權利要求
1.制造包括重復的層序列的多層結構(13)的方法，具有步驟-設置一種帶狀載體材料(1)，-部分分離載體材料成為各個相同大小和相同形狀的單個載體切割段(a，b，...h)，同時得到在各個切割段之間形成的作為橋形接片的有承載能力的連接(4)，-在載體材料(1)的至少表面之一上連續(xù)覆蓋至少另一材料層(5)，-在利用已經進行的部分分離的條件下，沿分離線(6)將載體材料和至少另一材料層完全分離，其中至少得到包括重復的層序列的多層切割段(8)的部件，-多層切割段(8)的規(guī)則的上下重疊形成多層結構(13)。
2.按權利要求1的方法，其中載體材料(1)的部分分離是如此進行的，使得載體切割段(a，b，...h)具有比多層切割段(8)更小的基面。
3.按權利要求1或2之一的方法，其中為了載體材料(1)的部分分離通過沖裁產生間隙(3)，并且其中，為了完全分離，切口(6)在間隙區(qū)域中穿過至少另一材料層(5)和在各個切割段之間的有承載能力的連接(4)。
4.按權利要求3的方法，其中分離線(6)在橋形接片(4)的區(qū)域內是如此延伸的，使得在多層切割段(8)中形成指向有關切割段中心的間隙(7，10)。
5.按權利要求1-4之一的方法，其中金屬薄膜用作載體材料(1)和疏松電極層用作附加材料層(5)，以及其中多層切割段(8)用作電學多層元件(13)的電極。
6.按權利要求1-5之一的方法，其中在各兩個多層切割段之間插入一個中間層(12)。
7.將以上權利要求之一的方法用于制造多層電容器(13)，其中多層切割段(8)在上下堆疊時通過隔片薄膜(12)被分開。
8.用于連續(xù)制造多層切割段(8)的設備，具有串行布置的-用于帶狀載體材料(1)的第一進料裝置(15，19)，-用于部分分離載體材料成為各個載體切割段(a，b，...h)的第一沖裁裝置(18)，-用于在載體材料(1)上連續(xù)覆蓋至少一個第二材料層(5，14)的裝置(16，17，20，21)，-用于完全分離載體材料和至少另一材料層(5，14)成為單個多層切割段(8)的第二沖裁裝置(22)。
9.按權利要求8的設備，其中用于連續(xù)覆蓋的裝置構成用于帶狀第二材料(14)的第二進料裝置(16)。
10.按權利要求8或9之一的設備，其中第一和必要時的第二進料裝置(15，19，17，20，21)包括帶狀材料的儲備卷材(15，17)。
11.按權利要求8-10之一的設備，其中用于連續(xù)覆蓋的裝置是如此構成的，使得在載體材料的上側和下側可以各覆蓋一個第二材料層(5，14)。
全文摘要
為了制造具有重復的層序列的多層結構，建議將帶狀載體材料(1)首先部分地分離成各個相同大小的單個切割段，其中在單個切割段之間保留有承載能力的連接(4)。在載體材料表面連續(xù)覆蓋至少另一材料層(6)后，通過切割或沖裁將各個切割段完全分開。通過上下堆疊這樣得到的多層切割段獲得多層結構，其中必要時在兩個多層切割段之間還可以插入中間層。
文檔編號H01L21/02GK1413352SQ00817496
公開日2003年4月23日 申請日期2000年12月4日 優(yōu)先權日1999年12月21日
發(fā)明者K·肖赫, W·埃爾哈德特, H·米歇爾 申請人:埃普科斯股份有限公司