專利名稱：箔膜自愈式有感電容器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種箔膜自愈式有感電容器。摘要
本發(fā)明公開了一種具有自愈性能(可自愈)的箔膜自愈式有感電容器。以合理的成本提 供有感卷繞箔膜式電容器的自愈。
背景技術：
薄膜電容器可分為三種基本結(jié)構(gòu)類型薄膜/箔電容器，金屬化薄膜電容器，以及 混合技術電容器。薄膜/箔電容器包括兩個由鋁箔制成的金屬箔電極，這兩個電極之間由作為電介 質(zhì)的一片塑料薄膜隔開。所述塑料薄膜可為聚酯，聚丙烯或聚碳酸酯(PEN和PPS)。還有 一些其他類型的塑料薄膜，但是這些薄膜用于專門的應用中。所述塑料薄膜的厚度范圍通 常為2 μ !11至M μ m，且如下面所述通常所述電介質(zhì)薄膜的厚度源自電容器的額定電壓。所 述鋁箔的厚度范圍為4 μπι至9 μπι。用兩層塑料薄膜與兩層鋁箔交替制成薄膜/箔電容器。所述這些交錯的層以防止 所述金屬層相互接觸的方式繞軸卷繞。薄膜/箔電容器可以兩種方式卷繞有感方式和無感方式。通常，制造有感卷繞電 容器比無感卷繞電容器要便宜。有感卷繞電容器使得所述鋁箔集中于所述電介質(zhì)薄膜層之間。通過在卷繞時把所 述導線插入到所述箔上，完成導線與所述箔的連接。所述導線在所述箔上的位置決定了所 述電容器的電感量。如果是無感電容器，所述箔如此定位每片箔的一側(cè)在任一方向延伸出所述電介 質(zhì)薄膜。因此，這種類型的卷繞又稱延伸箔。在這種卷繞方式中，首先連接至所有延伸箔的部分，同時在兩端進行金屬末端噴 涂或焊接，然后把導線焊接至所述金屬噴涂或焊接側(cè)，從而完成與每個電極的連接。這 樣，所述金屬末端噴涂/焊接的附加費用增加了所述電容器的制作成本。所述電容器的 電感由所述電介質(zhì)膜的寬度決定，這本身是個缺點，因為大的額定電容器(heavy rated capacitor)中，所述電介質(zhì)膜的寬度會增加；從而導致這種大的額定容器單元提供的電感 也會增加，而這是不受歡迎的特性。薄膜/箔電容器通常特征為絕緣電阻高，電容量穩(wěn)定性好，即使在高頻率下的損 耗也很低，以及脈沖處理能力高。有感電容器的特征為成本低、引線間距小、工作頻率范圍 較低以及工作溫度范圍較低，而無感電容器的特征為工作溫度范圍寬、脈沖電流額定值高 以及工作頻率范圍寬。然而，制作上述三種電容器比制作有感卷繞薄膜/箔電容器更貴。
無論卷繞技術可用于什么，該電容器系列的這些類型的一個主要內(nèi)在缺陷是其對 高電壓是脆弱的。當把高電壓施加在所述理論上是絕緣體的電容器上時，該電容器可被所 述電荷擊穿，導致短路。在用于箔膜的或就此而言基于電容器的其他電介質(zhì)薄膜中不可避免的有小孔(例如，電介質(zhì)弱點)。因此，無論何時薄膜/箔受到高壓，如果所述電介質(zhì)在很 大程度上被耗盡，則所述箔可能會相互暴露甚至相互接觸，導致電短路，使得所述電容器不 能使用。所以，箔膜電容器在高電壓尖峰應用中的可靠性是低的。為克服上述缺陷，可得到第二種結(jié)構(gòu)類型，通常稱為金屬化薄膜電容器。它們不同 于薄膜/箔電容器，用沉積于電介質(zhì)膜上的金屬薄層來代替所述鋁箔。這是通過真空鍍膜 技術來完成的。這些真空沉積的薄的金屬導電層成為這種類型的電容器的電極。所述金屬 層通常為極其薄的鋁或鋅，且該鋁或鋅的電阻值范圍為1.2 ohms / square至12.0 ohms / square.,所述金屬化薄膜是如此的薄以至于當把單層金屬化薄膜舉到燈下能夠看透。用與無感電容器一樣的卷繞方式制作所述電容器，從而所述真空沉積的薄金屬層 的取向方式使得它們看起來是與電介質(zhì)膜的沉積有延展性薄金屬層的部分一起延伸至任 意一側(cè)。所述沉積于電介質(zhì)上的薄的金屬層延伸至所述金屬末端噴涂，如上面所述該金屬 末端噴涂用于在無感卷繞電容器單元結(jié)構(gòu)中進行導線連接。這些金屬電容器的主要優(yōu)點是由于用薄的金屬沉積層替代了金屬箔，而減小了物 理尺寸，更重要的是，如果出現(xiàn)由于高電壓尖峰引起短路，它們內(nèi)在的自愈的特性。所述具有金屬化薄膜的電容器的自愈性能是內(nèi)在的，而且這是相對于薄膜/箔電 容器而言一個最大的優(yōu)點。自愈是這樣的現(xiàn)象，當把高電壓施加到電容器單元，由于所述電 介質(zhì)薄膜如上面所述的耗盡，所述電極相互暴露出來，而所述電容器會自我修復，而不是發(fā) 生短路。所述電容器的這種修復主要由于所述薄的真空沉積金屬層作為電極。在薄膜/箔電容器中，當所述箔相互暴露時，所述箔將相互接觸并發(fā)生短路，導致 所述電容器單元的故障。當帶有金屬化薄膜的電容器使薄的箔金屬層相互暴露時，它們也 會相互接觸，但是在故障區(qū)域箔的薄度以及所述高的能量密度使得所述薄的箔金屬沉積層 汽化。在孔的周圍形成絕緣暈，且電容器仍在工作。短路的原因有效地燃燒掉了。在自愈時，儲存在所述電容器中的能量僅僅部分與自愈損耗掉，持續(xù)時間少于10 秒。所述金屬電容器單元的電容量能力也會有微小的減少，但是因為所述電容器仍在工作， 那是很小的代價。金屬化薄膜電容器的特征為尺寸小，工作頻率范圍寬，損耗低，脈沖處理能力低至 中等和能夠自愈。這些金屬化薄膜電容器具備自愈和其他優(yōu)點，但是制造會比較昂貴。同 時他們無感型卷繞的內(nèi)在特性，如使用金屬末端噴涂處理導線連接，使得他們制作復雜且
曰蟲 印貝ο需要描述的另外一種與本發(fā)明有關的類型為混合技術電容器。他們基本上是薄膜 /箔或者金屬化薄膜電容器類型的混合體。通常，這些是具有內(nèi)部串聯(lián)連接的高電壓電容 器。混合技術電容器具有兩種電容器類型的特點，如脈沖承載能力高和自愈性能。但是盡 管混合技術電容器有它們的優(yōu)點，但是因為是薄膜/箔和金屬型電容器的混合，制作昂貴 且復雜。
發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種具有自愈性能的有感卷繞薄膜/箔電容器。本發(fā)明的另一個目的是提供一種不使用所述金屬末端噴涂技術或焊接而制作的 便宜的有感卷繞自愈電容器。
本發(fā)明的還有一個目的是提供一種在制作過程中允許內(nèi)部串聯(lián)結(jié)構(gòu)的有感卷繞 式自愈電容器。因此，本發(fā)明提供的自愈有感卷繞箔膜電容器包括一對鋁箔(AL1，AL2)，一對平 片薄膜(PLl and PL2)，一對保護薄膜(PRl and PR2)，單側(cè)金屬化薄膜(SML)，其中所述一 對鋁箔是平的但是彼此并非并行設置。所述一對鋁箔(AL1，AL2)彼此相隔一段距離，從而 保持分隔間距為0. 5mm至2mm，該間距取決于所述箔膜電容器單元的電壓規(guī)格。所述單側(cè)金屬化薄膜(SML)作為主要的電介質(zhì)，置于所述鋁箔(AL2)與所述平片 薄膜(PLl)之間，所述鋁箔ALl和AL2，平片薄膜(PLl和PL2)，保護薄膜(PRl和冊2)以及 單側(cè)金屬化薄膜(SML)有感卷繞，以在所有工作電壓條件下具有成本效益的方式獲得自愈 性能。所述箔膜電容器的有感卷繞涉及將導線連接件(LW1，LW2)插入到呈平面排列的所 述一對鋁箔(AL1，AL2)上。所述電容器暴露至電擊穿導致所述單側(cè)金屬化薄膜(SML)的薄 的金屬沉積汽化，啟動所述電容器單元的自愈，從而避免所述平面排列的鋁箔(AL1，AL2) 發(fā)生短路。所述單側(cè)金屬化薄膜(SML)的薄的金屬沉積層與第一鋁箔(ALl)排列形成以所述 平片薄膜(PLl)為電介質(zhì)的電容器單元(Cl)，而在正常工作電壓條件下，所述金屬沉積層 形成以所述單側(cè)金屬化薄膜(SML)的平片薄膜部分為電介質(zhì)的電容器單元(C2)?？赏ㄟ^把所述鋁箔進行平面處理以及SML在所述電容器單元中的布置實現(xiàn)本發(fā) 明的成本效益。所述SML的平片薄膜在兩側(cè)承受金屬沉積，以形成雙側(cè)金屬化薄膜(DSML)， 所述雙側(cè)金屬化薄膜與作為電介質(zhì)的附加平片薄膜(PU) —起形成另一個具有成本效益 的電容器單元，從而提高載流量以及交流額定電壓。
圖1為內(nèi)部為串聯(lián)結(jié)構(gòu)的箔膜自愈有感型電容器。圖2為內(nèi)部為串聯(lián)結(jié)構(gòu)的具有雙側(cè)金屬化薄膜的箔膜自愈有感型電容器。
具體實施例方式本發(fā)明涉及箔膜自愈有感型電容器的產(chǎn)品及處理過程。為獲得所述目的，把金屬 化薄膜引入于主要電介質(zhì)薄膜(平片薄膜)和所述鋁箔之間，而這些元件有感卷繞在所述電 容器單元結(jié)構(gòu)中。所述形成于同一平面的鋁箔是平的，但是相互之間并不平行。把所述金 屬層引入所述電容器單元中的主要優(yōu)點是，如果發(fā)生電擊穿，以具有成本效益的方式提供 所述電容器的自愈。也可實現(xiàn)在正常工作電壓條件下的內(nèi)部串聯(lián)結(jié)構(gòu)，并且提高所述電容 器的交流額定電壓，從而增強其可靠性。 既然所述薄膜/箔自愈有感型電容器具有內(nèi)部串聯(lián)結(jié)構(gòu)，通過所述電容器的電壓 在內(nèi)部會被分擔，從而交流額定電壓將會升高，從而使所述電容器為負擔的起且可靠的電 容器。 為了更好的解釋本發(fā)明的附圖，提供下面圖例 ALl, AL2 -鋁箔1，鋁箔2 ； PLl, PL2 -平片薄膜1和平片薄膜2 ；PRl, PR2 -保護薄膜1和保護薄膜2 ； Lffl, LW2 -導線1和導線2 ； SML-單側(cè)金屬化薄膜；
DSML-包括沉積在兩側(cè)的金屬沉積MLl和ML2的雙側(cè)金屬化薄膜。本發(fā)明中一對鋁箔(AL1，AL2)與一對平片薄膜(PL1，PL2)相互交替，作為所述 電容器單元的基本結(jié)構(gòu)單元。所述平片薄膜(PLl)和具有兩側(cè)邊緣的金屬化薄膜(SML)是 主要的電介質(zhì)。這些交錯的鋁箔(ALl和AL2)和平片薄膜(PLl)層，把所述保護薄膜(PR1， PR2)與所述單側(cè)金屬化薄膜(SML)合并。本發(fā)明這些不同的元件以防止所述鋁箔和所述SML相互接觸的方式繞軸卷繞。進 一步的，這種新型的設計也防止所述電容器單元的其他元件在正常工作條件下相互直接接 觸。所述元件是有感卷繞的，以便于所述形成于同一平面內(nèi)的鋁箔(AL1，AL2)是平的，但 是彼此并非并行設置。所述鋁箔(AL1，AL2)間隔開，從而保持分隔間距為0.5mm至2mm，這 取決于所述箔膜電容器單元的電壓規(guī)格。這些排列在所述平片薄膜(PL1，PL2)和作為主要電介質(zhì)的單側(cè)金屬化薄膜之間。 與所述鋁箔的連接以下面方式進行所述導線(LW1，LW2)在有感卷繞時對著所述平的鋁 箔(ALl，AL2)插入。在正常電壓條件下，所述薄的單側(cè)金屬化薄膜(SML)與ALl將作為所述電容器單 元的一對電極，PLl作為電介質(zhì)，從而完成第一電容器單元。以同樣的排列方式形成第二電 容器，所述SML和AL2作為兩個電極，沉積有金屬層的所述平片薄膜作為電介質(zhì)。這種新型 的排列方式方便了內(nèi)部串聯(lián)結(jié)構(gòu)。如果發(fā)生電擊穿，如當過電壓通過所述電容器單元時，會導致所述主要電介質(zhì)的 損耗。所述金屬化薄膜(SML)吸收過多的能量，如電壓，這會導致所述SML的真空沉積金屬 部分汽化，從而防止所述電容器單元的主要鋁箔(AL1，AL2)發(fā)生短路。因此，所述電容器 單元保持運轉(zhuǎn)，但是略微縮減了功能。上述過程實現(xiàn)了在有感卷繞具有成本效益的薄膜/箔電容器中的自愈，而沒有產(chǎn) 生通常用于自愈電容器的金屬末端噴涂沉積過程的昂貴費用。這樣，所述有感卷繞自愈箔 膜電容器提供金屬化薄膜電容器的益處，而成本幾乎比無感金屬化薄膜電容器低10%至 30%。除了上面所述，本發(fā)明的另一個特性是所述沉積有金屬的平片薄膜作為附加的電 介質(zhì)，因為即時在所述金屬部分損耗而獲得自愈之后，該平片薄膜仍存在。如果發(fā)生上述的 電擊穿，所述平片薄膜形成高度壓縮的等離子體，這些等離子體推開所述電介質(zhì)層，從而通 過保護所述鋁箔避免相互接觸和短路提供附加的保護。在另一個替代所述單側(cè)金屬化薄膜(SML)的實施例中，所述電容器單元具有雙側(cè) 金屬化薄膜(DSML)。所述雙側(cè)金屬化薄膜(DSML)包括一對沉積于所述平片薄膜兩側(cè)的金 屬沉積層MLl和ML2，以及作為主要電介質(zhì)的附加平片薄膜(PL3)。當該實施例受到正常工作電壓時，本發(fā)明的裝置按下面方式工作
a. ALl和MLl是電容器的兩個電極，PLl作為電介質(zhì)，從而完成電容器單元Cl b. ML2 和AL2作為電容器的兩個電極，新引入的平片薄膜PL3作為電介質(zhì)以完成所述電容器單元 C2。
如果發(fā)生電擊穿，MLl和ML2汽化以防止ALl和AL2相互接觸。這樣可避免所述 電容器短路，且能夠獲得自愈。同樣因為3電介質(zhì)存在于該實施例中，可進一步保護所述鋁 箔ALl和AL2免受短路。通過使用雙側(cè)金屬化薄膜、具有更大可靠性的電容器單元以及提 高了的載流量，提高了所述電容器的交流額定電壓。同樣如果發(fā)生電擊穿，所述電介質(zhì)形成高度壓縮的等離子體，該高度壓縮的等離 子體推開所述電介質(zhì)層，且因為上面置有金屬化薄膜的平片薄膜也是作為所述電容器單元 中附加的電介質(zhì)層，如果發(fā)生電擊穿，該平片薄膜為所述主要鋁箔提供額外的保護。這些元件以有感的方式卷繞，以形成電容器，從而提高上述的可靠性，且因為已獲 得的內(nèi)部串聯(lián)結(jié)構(gòu)，所述電容器的交流額定電壓也會得到提高。所述平片薄膜上的金屬化 薄膜將作為電極與所述第一鋁箔中的一個來形成電容器單元，且所述主要電介質(zhì)分布在它 們之間，由第二鋁箔與所述沉積有金屬化薄膜的平片薄膜組成的另一個電容器單元，該平 片薄膜作為該單元的電介質(zhì)，但是僅當發(fā)生電壓尖峰時，金屬沉積層才會汽化，以保護所述 鋁箔避免相互接觸，從而產(chǎn)生所述的自愈。因此，因為這樣的內(nèi)部串聯(lián)結(jié)構(gòu)，所述交流額定 電壓提高了。這種類型的電容器比正常的有感卷繞薄膜/箔電容器要更貴，但是比所述金 屬無感卷繞薄膜電容器便宜。所述平片薄膜的單側(cè)金屬沉積或雙側(cè)金屬沉積的引入以及所 述鋁箔的平面排列極大的降低了在高電壓尖峰時故障的可能性，而比所述金屬電容器低將 近25%的成本。本發(fā)明的實施例包含一對非并行的排列在單一平面內(nèi)的鋁箔。這些鋁箔與一對作 為主要電介質(zhì)的平片薄膜交替卷繞，且兩個保護薄膜包圍在單側(cè)金屬化薄膜周圍。這些元 件有感卷繞，且使所述鋁箔以下列方式排列在所述主要電介質(zhì)薄膜層之間在卷繞時將所 述導線插入到所述鋁箔上，從而完成導線與所述電容器的連接。在正常電壓條件下，所述薄的單側(cè)金屬化薄膜將作為電容器單元的陰極或者陽 極，所述主要電介質(zhì)(所述平片薄膜之一)對面的鋁箔之一作為另一個電極(電極的選擇取 決于施加在所述導線上的電壓)，從而完成一個所述電容器單元。
權(quán)利要求
1.一種箔膜自愈式有感卷繞電容器，包括一對鋁箔(AL1, AL2)，一對平片薄膜(PL1，PL2)，一對保護薄膜(PR1，PR2)，單側(cè)金屬化薄膜(SML)，其特征在于所述一對鋁箔是平的，但彼此并非并行設置，所述單側(cè)金屬化薄膜(SML) 置于所述鋁箔(AL2)和作為主要電介質(zhì)的平片薄膜(PLl)之間，所述鋁箔ALl和AL2、平片 薄膜(PL1，PL2)、保護薄膜(PRl，ra2)以及所述單側(cè)金屬化薄膜(SML)有感卷繞，從而在所 有工作電壓條件下以具有成本效益的方式獲得自愈。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的箔膜自愈式有感卷繞電容器，其特征在于所述電容器的有 感卷繞涉及將導線連接件(LW1，LW2)插入到呈平面排列的所述一對鋁箔(AL1，AL2)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的箔膜自愈式有感卷繞電容器，其特征在于所述一對鋁箔 (AL1, AL2)彼此相隔一段距離，從而基于所述電容器的電壓規(guī)格來維持分隔間距。
4.根據(jù)權(quán)利要求4所述的箔膜自愈式有感卷繞電容器，其特征在于所述分隔間距的 范圍為 0. 5 mm M 2 mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的箔膜自愈式有感卷繞電容器，其特征在于所述電容器暴露 在電擊穿下，導致所述單側(cè)金屬化薄膜(SML)的薄的金屬沉積層汽化，啟動所述電容器單 元的自愈，從而防止呈平面排列的所述鋁箔(AL1，AL2)發(fā)生短路。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的箔膜自愈式有感卷繞電容器，其特征在于所述單側(cè)金屬化 薄膜(SML)的薄的金屬沉積層與第一鋁箔(ALl)排列形成以所述平片薄膜(PLl)為電介質(zhì) 的電容器單元(Cl)，而在正常工作電壓條件下，所述金屬沉積層形成以所述單側(cè)金屬化薄 膜(SML)的平片薄膜部分為電介質(zhì)的電容器單元(C2)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的箔膜自愈式有感卷繞電容器，其特征在于所述單側(cè)金屬化 薄膜(SML)的平片薄膜的兩側(cè)支承著金屬沉積層，以形成雙側(cè)金屬化薄膜(DSML)，所述雙 側(cè)金屬化薄膜與作為電介質(zhì)的附加平片薄膜(PL3) —起形成另一個具有成本效益的電容 器，從而提高載流量和交流額定電壓。
全文摘要
一種箔膜自愈式有感卷繞電容器，包括一對鋁箔(AL1,AL2)，一對平片薄膜(PL1和PL2)，一對保護薄膜(PR1和PR2)，單側(cè)金屬化薄膜(SML)，其中所述鋁箔是平的，但是彼此并非并行設置，所述單側(cè)金屬化薄膜(SML)置于所述鋁箔(AL2)和作為主要的電介質(zhì)的平片薄膜(PL1)之間，所述鋁箔AL1和AL2、平片薄膜(PL1和PL2)、保護薄膜(PR1和PR2)以及所述單側(cè)金屬化薄膜(SML)有感卷繞，從而在所有工作電壓條件下以具有成本效益的方式獲得自愈。
文檔編號H01G4/015GK102084444SQ200980125236
公開日2011年6月1日 申請日期2009年7月1日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月2日
發(fā)明者桑卡爾·P·拉吉 申請人:德吉電子有限公司