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EP-4214728-B1 - CAPACITOR AND METHOD OF MANUFACTURING IT

EP4214728B1EP 4214728 B1EP4214728 B1EP 4214728B1EP-4214728-B1

Inventors

  • SIX, BIRGIT
  • SAX, Stefan

Dates

Publication Date
20260506
Application Date
20210917

Claims (20)

  1. Capacitor (1) comprising a dielectric layer (2), wherein the dielectric layer (2) contains polyamideimide and a first electrode (3) is arranged directly adjacent to the dielectric layer (2), characterized in that the dielectric layer is uniform.
  2. Capacitor (1) according to Claim 1, wherein a second electrode (4) is also arranged directly adjacent to the dielectric layer (2).
  3. Capacitor (1) according to Claim 1 or 2, wherein the dielectric layer (2) consists to an extent of 50 wt% or more of polyamideimide.
  4. Capacitor (1) according to any of Claims 1 to 3, wherein the dielectric layer (2) is free from solid inorganic materials.
  5. Capacitor (1) according to any of Claims 1 to 4, wherein the dielectric layer (2) contains polyamideimide main chains comprising the amide and imide groups of the polyamideimide.
  6. Capacitor (1) according to Claim 5, wherein in the dielectric layer (2) there are chemical crosslinks formed between the polyamideimide main chains or within a polymer main chain.
  7. Capacitor (1) according to Claim 6, wherein the crosslinks link polyamideimide main chains linearly to one another.
  8. Capacitor (1) according to Claim 6 or 7, wherein the chemical crosslinks are selected from urethane bridges, imide bridges and urea bridges.
  9. Capacitor (1) according to Claim 7, wherein the linear linkage is formed via an imide bridge or a urethane bridge.
  10. Capacitor (1) according to Claim 7, wherein, in addition to linear linkages, there are three-dimensional crosslinks formed via urea bridges.
  11. Capacitor (1) according to any of Claims 4 to 10, wherein the polyamideimide main chains are partially aromatic.
  12. Capacitor (1) according to any of Claims 1 to 11, wherein functional groups of the polyamideimide include phenylene groups, anhydrides and/or furan groups.
  13. Capacitor (1) according to Claim 8, wherein the polyamideimide has a structure according to the chemical formula 1, wherein - R 1 is a lactam, an anhydride, a urethane bridge or an imide bridge, - R 2 is a phenylene group, and - R 3 is a furan, an amine, an anhydride, a urethane bridge or an imide bridge.
  14. Capacitor (1) according to any of Claims 1 to 13, wherein a multiplicity of first electrode layers (3) are stacked in alternation with second electrode layers (4), and a dielectric layer (2) is arranged between respective pairs of adjacent electrode layers (3, 4).
  15. Capacitor (1) according to any of Claims 1 to 14, wherein all first electrode layers (3) are in electrically conducting connection with a first external contact (5), and all second electrode layers (4) are in electrically conducting connection with a second external contact (6).
  16. Capacitor (1) according to any of Claims 1 to 15, wherein a substrate (7) is arranged at a side face of the capacitor that is parallel to the plane of the electrode layers (3, 4).
  17. Capacitor (1) according to any of Claims 14 to 16, wherein the capacitor (1) is a surface-mounted device (SMD).
  18. Capacitor (1) according to any of Claims 14 to 16, wherein the capacitor has wires (8, 9) for through-hole mounting.
  19. Capacitor (1) according to either of Claims 14 and 15, wherein the capacitor (1) is a wound capacitor.
  20. Method for producing a capacitor (1), comprising the production of a unitary dielectric layer (2) by - applying a prepolymer polyamideimide solution on a deposition area, - drying the prepolymer polyamideimide solution on the deposition area, - heat-treating the dried prepolymer polyamideimide solution.

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Kondensator. Polymerdielektrika finden vielfältige Anwendung in leistungselektronischen Anwendungen, insbesondere in passiven Komponenten wie zum Beispiel in elektrischen Kondensatoren. Als Kondensatordielektrika wurden beispielshalber bereits polyimidhaltige dielektrische Filme vorgeschlagen, wie zum Beispiel Polyetherimide aus US 2007/0258190 A1. Polyamidimide sind bisher vor allem durch ihre Verwendung als temperaturresistente Beschichtungen für Lackdrähte oder ähnlichem bekannt. Sie wurden für Kondensatoranwendungen bisher in erster Linie im Zusammenhang mit anorganischen Komponenten als dielektrische Schichten vorgeschlagen. Die japanische Patentanmeldung JP 2000-338667 offenbart, dass Polyamidimid Bestandteil einer Matrix für anorganische Partikel in einem Kondensatordielektrikum sein kann. JP 2007 115723 A offenbart einen Kondensator aufweisend eine dielektrische Schicht, die Polyamidimid enthält und eine erste Elektrode direkt angrenzend an der dielektrischen Schicht angeordnet ist. US 2010/0259865 A1 offenbart, dass Polyamidimid in einem Kondensator mit einer nicht homogenen dielektrischen Schicht, bestehend aus einem organischen Polymermaterial als eine erste dielektrische Schicht und einem anorganischen Material als eine zweite dielektrische Schicht eingesetzt werden kann. Jedoch ist bislang keine Verwendung von Polyamidimid als Kondensatormaterial mit herausragender Temperaturstabilität und gleichzeitiger hoher beziehungsweise maßgeschneiderter Permittivität bekannt. Der Kondensator gemäß der Erfindung wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 definiert. Es wird ein Kondensator angegeben, der eine einheitliche dielektrische Schicht aufweist. Hierbei weist die dielektrische Schicht Polyamidimid auf und es ist zumindest eine erste Elektrode direkt angrenzend an der dielektrischen Schicht angeordnet. Die direkt angrenzende Elektrode kann auf der Schicht aufliegen. Bevorzugt besteht direkter Kontakt auf molekularer Ebene, wie er z. B. mit unten beschriebenen Beschichtungsmethoden erreicht werden kann. Eine zweite Elektrode ist bevorzugt ebenfalls Teil des Kondensators. Optional bzw. abhängig von den technischen Anforderungen ist es bevorzugt, dass auch die zweite Elektrode direkt angrenzend an der dielektrischen Schicht angeordnet ist. In diesem Fall wird die dielektrische Schicht von der ersten und zweiten Elektrode sandwichartig umschlossen. Eine einheitliche dielektrische Schicht kann zum Beispiel homogen sein und Polyamidimid enthalten. Homogen kann hier insbesondere bedeuten, dass die dielektrische Schicht frei von Zusätzen ist, welche die Schicht inhomogen machen würden. Insbesondere ist es bevorzugt, wenn keine Micro- oder Nano-Materialien oder zusätzliche andere Feststoffe in der dielektrischen Schicht enthalten sind. Die dielektrische Schicht enthält bevorzugt kein Hybridmaterial. Da Elektroden direkt angrenzend an der einheitlichen dielektrischen Schicht angeordnet sind, befinden sich zum Beispiel auch keine weiteren, sich von der einheitlichen dielektrischen Schicht unterscheidenden Lagen zwischen der einheitlichen dielektrischen Schicht und den Elektroden. Eine einheitliche Polyamidimid aufweisende dielektrische Schicht bringt gegenüber anderen polymerbasierten dielektrischen Schichten den Vorteil mit sich, dass sie eine Temperaturstabilität bis zu fast 300°C aufweist. Zudem kann eine polyamidimidhaltige dielektrische Schicht eine hohe Permittivität über einen breiten Inputfrequenzbereich aufweisen. Dabei wird bevorzugt auch eine hohe Durchbruchspannung aufrechterhalten. Somit können mit Polyamidimid als polymeres Material für dielektrische Schichten in Kondensatoranwendungen gegenläufige Anforderungen nach hoher Temperaturstabilität bei gleichzeitigen maßgeschneiderten beziehungsweise stabilen dielektrischen Eigenschaften erfüllen. So kann ein einheitliches Dielektrikum aufweisend Polyamidimid biaxial orientiertes Polypropylen (BOPP) ersetzen, welches eines der meistverwendeten Materiale für Kondensatordielektrika ist. Dies kann von Vorteil sein, da BOPP mit einer üblichen Gebrauchstemperatur von maximal 105°C und einer niedrigen Permittivität im Bereich von 2,2 in Bezug auf aktuelle Entwicklungen an seine Leistungsgrenzen angelangt ist, insbesondere bezüglich Temperaturstabilität bei gleichzeitiger Einhaltung elektrischer beziehungsweise elektronischer Parameter. So kann eine erfindungsgemäße Polyamidimid aufweisende dielektrische Schicht eine bis zu 150°C höhere Temperaturstabilität aufweisen. Darüber hinaus kann eine beinahe doppelt so hohe Permittivität als für BOPP auch bei erhöhten Temperaturen erreicht werden. Somit können Anforderungen sogar an zukünftige Anwendungen, zum Beispiel in der Luft- und Raumfahrttechnik erfüllt werden, wobei Betriebstemperaturen von über 150°C möglicherweise von über 200°C erreicht werden könnten. Nach einer bevorzugten Ausführung des Kondensators besteht die dielektrische Schicht zu zumindest 50 gew% aus Polyam