一種多層串聯的雙面金屬化薄膜電容器的製作方法

2023-12-12 15:20:37

本發明涉及薄膜電容器的製造，特別是涉及一種用於變頻線路中的多層串聯的雙面金屬化薄膜電容器。

背景技術：

薄膜電容器是電容器產品中的一種，它是一種性能優越的電容器，其具有如下特性：無極性，絕緣阻抗很高，頻率特性優異（頻率響應寬廣），而且介質係數很小。薄膜電容器由於體積小容量大，因此有廣泛的用途，可以做不同系列的產品，如高儲能電容器，抗電磁幹擾電容器，安全膜電容器，交流啟動電容器，高頻高壓電容器，電力電容器等等。

薄膜電容器的結構形式主要有兩種，一種是以金屬箔為電極，薄膜做介質卷繞在一起而製成的薄膜電容器，另一種是在薄膜表面使用真空蒸鍍技術將金屬材料附著在上面而製成的電容器。蒸鍍在薄膜表面的金屬層相當於電極，比箔式結構的電容器體積更小，容量更大，現在使用薄膜電容器都是依據金屬化結構而生產的。

現在電容器由於使用的條件越來越嚴酷，環保節能降耗的需求對電容器的電性能也提出了更高的要求。目前國內主流設計的耐高電流、高電壓、高頻的薄膜電容器採用的是兩串單面金屬化和濾波結構，其具體結構示意圖參見圖1所示，圖1為常用的CBB28金屬化聚丙烯膜串聯結構（C1和C2）的薄膜電容器，它採用一條單面鍍鋁的金屬化中留邊1和一條單面鍍鋁的金屬化雙留邊2卷繞而成，雖然能夠提高產品的耐電壓和耐電流，但是無法使用在高頻線路中承受更高電流的能力。

技術實現要素：

基於上述背景技術，本發明提出一種適用於變頻線路中的多層串聯的雙面金屬化薄膜電容器，採用雙面金屬化薄膜多串聯結構增加了有效金屬鍍層面積，進而增強其過流能力，從而解決現有技術之不足。

為了解決上述技術問題，本發明所採用的技術方案是，一種多層串聯的雙面金屬化薄膜電容器，包括從上而下依次層疊的為第一電極板、第一介質膜、第二電極板和第二介質膜，第一電極板由第一金屬化單面鍍鋁雙留邊聚丙烯膜和第二金屬化單面鍍鋁雙留邊聚丙烯膜實現，所述第一金屬化單面鍍鋁雙留邊聚丙烯膜和第二金屬化單面鍍鋁雙留邊聚丙烯膜是由聚丙烯膜上單面蒸鍍含鋁的金屬製作而成，第一金屬化單面鍍鋁雙留邊聚丙烯膜的金屬面和第二金屬化單面鍍鋁雙留邊聚丙烯膜的金屬面相對疊設置而形成第一電極板；所述第二電極板是雙面金屬化中留邊聚丙烯膜或者雙面金屬化中留邊聚脂薄膜，雙面金屬化中留邊聚丙烯膜是由聚丙烯膜上雙面蒸鍍含鋁的金屬製作而成，雙面金屬化中留邊聚脂薄膜是由聚脂薄膜上雙面蒸鍍含鋁的金屬製作而成。本發明採用第一金屬化單面鍍鋁雙留邊聚丙烯膜的金屬面和第二金屬化單面鍍鋁中留邊聚丙烯膜的金屬面相對疊形成電容器C1與電容器C2之間的金屬層截面積，使得金屬層截面積在原來的基礎上增加2倍（在相同材料的厚度與寬度的情況下）。

對於兩層串聯的雙面金屬化薄膜電容器，記a1和a2分別是第一金屬化單面鍍鋁雙留邊聚丙烯膜的兩側的留邊寬度，a11和a12分別是第二金屬化單面鍍鋁雙留邊聚丙烯膜的兩側的留邊寬度；a6是第二電極板（雙面金屬化中留邊聚丙烯膜或者雙面金屬化中留邊聚脂薄膜）的上側的中留邊寬度，a16是第二電極板（雙面金屬化中留邊聚丙烯膜或者雙面金屬化中留邊聚脂薄膜）的下側的中留邊寬度。為了避免高壓帶來的脈衝拉弧效應，防止由於留邊值的偏小而產生金屬鍍層自愈不良，留邊寬度值滿足a6=a16，且a6的範圍值優選為5.5-7.5mm。對於第一單面金屬化雙留邊聚丙烯薄膜和第二單面金屬化雙留邊聚丙烯薄膜，其雙留邊的寬度值還滿足如下要求：a1=a11，a2=a12，0.8*a2≤a1≤1.1*a2，且a2的範圍值優選為2.8-3.5mm。

對於四層串聯的雙面金屬化薄膜電容器，記a3、a4和a5分別是第一金屬化單面鍍鋁雙留邊聚丙烯膜的左側留邊寬度、中側留邊寬度和右側留邊寬度；a13、a14和a15分別是第二金屬化單面鍍鋁雙留邊聚丙烯膜的左側留邊寬度、中側留邊寬度和右側留邊寬度；a7和a8分別是第二電極板（雙面金屬化中留邊聚丙烯膜或者雙面金屬化中留邊聚脂薄膜）的上側的中留邊寬度，a17和a18分別是第二電極板（雙面金屬化中留邊聚丙烯膜或者雙面金屬化中留邊聚脂薄膜）的下側的中留邊寬度。為了避免高壓帶來的脈衝拉弧效應，防止由於留邊值的偏小而產生金屬鍍層自愈不良，留邊寬度值滿足：a7=a17，a8=a18，0.8*a8≤a7≤1.1*a8，且a8的範圍值優選為5.8-6.5mm；a3=a13，a4=a14，a5=a15，0.8*a4≤a3≤1.1*a4，0.8*a5≤a4≤1.1*a5，且a5的範圍值優選為2.8-3.5mm。更多層的串聯結構的參數依次類推，也同上設置。

優選的，第一介質膜和/或第二介質膜是由聚丙烯光膜實現。

以上結構的多層雙面金屬化薄膜電容器從設計結構上可以成倍的提高電容器的過超高電壓的能力，而且可以延伸至更多的多串聯結構，滿足不同需求的使用條件。

本發明採用雙面金屬化中留邊聚丙烯膜或者雙面金屬化中留邊聚脂薄膜結構，形成電容器的過高電流的鍍層面積，在相同材料長度的情況下，此發明是利用雙面金屬化的增大的有效金屬鍍層面積來提高其過流能力。現有技術中，採用一條金屬化聚丙烯單面鍍鋁薄膜的載流面積S=S1，過流能力為I=I1，而本發明在此基礎上增加到2層金屬化中留邊聚丙烯單面鍍鋁薄膜或者雙面金屬化中留邊聚脂薄膜的載流面積S2結構而成，形成增加過流面積S1+S2=2S的過流面積，在薄膜寬度相同，方阻同等的情況下，金屬鍍層的面積增加，那麼也就增加了電容器本身的過流能力，I=I1+I2。其能夠提高耐高電流衝擊的目的，從而改善之前設計的過流面積不足之處。

由於聚丙烯膜OPP電容器的容量會隨著溫度的升高而下降叫負溫度係數特性，而聚酯膜PET電容器的容量會隨著溫度的升高而升高叫正溫度係數特性。本發明利用原材料的溫度特性進行了不同的設計，由原來的全部是金屬化聚丙烯膜結構的電容器，其聚丙烯材料本身就是負溫度係數的特有屬性，而目前使用環境條件的不斷嚴苛，使得該全部聚丙烯膜結構的電容器不能使用在環境溫度較低的寒冷條件下，就出現了此不足之處，為了能夠全方位的使用在不同環境條件下的使用需求，本發明利用聚酯膜和聚丙烯膜的固有材料屬性進行有效結合而成的（利用材料溫度中和特性，使得電容器的容量更穩定，不易漂移）。.

現有設計採用一條金屬化聚丙烯單面鍍鋁薄膜當作電容器C1與電容器C2之間的連接引線的面積，而本發明採用兩條金屬化雙留邊聚丙烯單面鍍鋁薄膜金屬鍍層相對疊結構而成，形成增加電容器C1與電容器C2兩個電容器連接的金屬層截面積，金屬層截面積增加原來金屬層截面積的一倍，其能夠提高耐高電流衝擊的目的，從而改善之前設計的金屬層截面積不足之處。本發明的方案可廣泛應用於高壓高頻脈衝電路中，電視機中的S校正和行逆程波形和顯示器中，電子整流器和節能燈中，吸收和SCR整流電路中，特別適用於高頻率，高電流和高電壓變頻場合中，尤其是變頻空調，變頻微波爐，其他變頻線路中。

附圖說明

圖1為現有技術中的薄膜電容器的示意圖；

圖2為本發明的實施例1的薄膜電容器的示意圖；

圖3為本發明的實施例2的薄膜電容器的示意圖。

具體實施方式

現結合附圖和具體實施方式對本發明進一步說明。

現有的高壓高頻脈衝電路、電視機中的S校正和行逆程波形和顯示器、電子整流器和節能燈、吸收和SCR整流電路等高頻率、高電流和高電壓變頻場合中，由於這些線路匯中使用的薄膜電容器需要承受超高的電壓，超高的頻率，超高的電流等參數衝擊，對此提高耐高電流參數，抗高頻參數，提高耐電壓參數等是現有技術的關鍵技術難點。本發明正是為了解決上述問題而提出。

實施例1

圖2為電容器C1和電容器C2的串聯示意圖，圖示中，標號1是第一金屬化單面鍍鋁雙留邊聚丙烯膜，標號2是第二金屬化單面鍍鋁雙留邊聚丙烯膜，標號3是第一介質膜，標號4是雙面金屬化中留邊聚丙烯膜或者雙面金屬化中留邊聚脂薄膜，標號5是第二介質膜。a1和a2分別是第一金屬化單面鍍鋁雙留邊聚丙烯膜的兩側的留邊寬度，a11和a12分別是第二金屬化單面鍍鋁雙留邊聚丙烯膜的兩側的留邊寬度。a6是雙面金屬化中留邊聚丙烯膜或者雙面金屬化中留邊聚脂薄膜的上側的中留邊寬度，a16是雙面金屬化中留邊聚丙烯膜或者雙面金屬化中留邊聚脂薄膜的下側的中留邊寬度。

作為一個具體的實施例，參見圖2，本發明的一種多層串聯的雙面金屬化薄膜電容器，包括從上而下依次層疊的第一金屬化單面鍍鋁雙留邊聚丙烯膜1、第二金屬化單面鍍鋁雙留邊聚丙烯膜2、第一介質膜3、雙面金屬化中留邊聚丙烯膜或者雙面金屬化中留邊聚脂薄膜4、以及第二介質膜5。

其中，第一金屬化單面鍍鋁雙留邊聚丙烯膜1和第二金屬化單面鍍鋁雙留邊聚丙烯膜2是由聚丙烯膜上單面蒸鍍含鋁的金屬製作而成，第一金屬化單面鍍鋁雙留邊聚丙烯膜1的金屬面和第二金屬化單面鍍鋁雙留邊聚丙烯膜2的金屬面相對疊設置而形成。

本實施例中，第一介質膜3和/或第二介質膜5是由聚丙烯光膜實現。

第二電極板4採用雙面金屬化中留邊聚丙烯膜或者雙面金屬化中留邊聚脂薄膜實現，雙面金屬化中留邊聚丙烯膜是由聚丙烯膜上雙面蒸鍍金屬鋁製作而成，雙面金屬化中留邊聚脂薄膜是由聚脂薄膜上雙面蒸鍍金屬鋁製作而成。

其中，用於常溫條件下（溫度0℃～105℃）的電容器，第二電極板4優選採用雙面金屬化中留邊聚丙烯膜，也即本發明的一種多層串聯的雙面金屬化薄膜電容器是全部採用聚丙烯膜結構的電容器產品。

用於寒冷條件下（溫度≤-0℃以下）的電容器，第二電極板4優選採用雙面金屬化中留邊聚脂薄膜實現，也即本發明的一種多層薄膜雙面金屬化薄膜電容器的其中一層將採用聚脂薄膜作為介質，而其他層將全部採用聚丙烯膜結構。

在製作串聯結構的電容器時，為了達到最高的性能要求以及方便製作，本實施例中，對於雙面金屬化中留邊聚丙烯薄膜或者雙面金屬化中留邊聚脂薄膜，其中留邊寬度值還滿足如下要求：a6=a16，且設定值均為6mm。對於第一單面金屬化雙留邊聚丙烯薄膜和第二單面金屬化雙留邊聚丙烯薄膜，其雙留邊的寬度值還滿足如下要求：a1=a11，a2=a12，a1=a2，且a1和a2設定值均為3mm。這樣的留邊設計主要是滿足在過高電流的情況下，其避免高壓帶來的脈衝拉弧效應，防止由於留邊值的偏小而產生金屬鍍層自愈不良。

本發明是採用第一金屬化單面鍍鋁雙留邊聚丙烯膜和第二金屬化單面鍍鋁雙留邊聚丙烯膜金屬面相對疊形成電容器C1與C2之間的引線面積，並且引線面積在原來的基礎上增加2倍（在相同材料的厚度與寬度的情況下）。本發明採用雙面金屬化中留邊聚丙烯膜或者雙面金屬化中留邊聚脂薄膜與單面金屬化鍍鋁雙留邊串聯結構形成電容器的過高電流的鍍層面積，在相同材料長度的情況下，此發明是利用雙面金屬化中留邊薄膜與單面金屬化雙留邊薄膜串聯增大2倍的有效金屬鍍層面積，利用來提高其過流能力。

實施例2

實施例1的多層串聯雙面金屬化薄膜電容器從設計結構上可以成倍的提高電容器的過超高電壓的能力，而且可以延伸至更多的多串聯結構，滿足不同需求的使用條件。參見圖3，本實施例的薄膜電容器由電容器C1、電容器C2、電容器C3和電容器C4的四串聯結構實現。圖3中，標號1為第一金屬化單面鍍鋁雙留邊聚丙烯膜，標號2為第二金屬化單面鍍鋁雙留邊聚丙烯膜標號3為作為第一介質膜的聚丙烯光膜，標號4為雙面金屬化中留邊聚丙烯膜或者雙面金屬化中留邊聚脂薄膜，標號5為作為第二介質膜的聚丙烯光膜。a3、a4和a5分別是第一金屬化單面鍍鋁雙留邊聚丙烯膜的左側留邊寬度、中側留邊寬度和右側留邊寬度。a13、a14和a15分別是第二金屬化單面鍍鋁雙留邊聚丙烯膜的左側留邊寬度、中側留邊寬度和右側留邊寬度。a7和a8分別是雙面金屬化中留邊聚丙烯膜或者雙面金屬化中留邊聚脂薄膜的上側的中留邊寬度，a17和a18分別是雙面金屬化中留邊聚丙烯膜或者雙面金屬化中留邊聚脂薄膜的下側的中留邊寬度。

在製作串聯結構的電容器時，為了達到最高的性能要求，本實施例中，對於雙面金屬化中留邊聚丙烯薄膜或者雙面金屬化中留邊聚脂薄膜，其中留邊寬度值還滿足如下要求：a7=a17，a8=a18，a7=a8，且設定值均為6mm。對於第一單面金屬化雙留邊聚丙烯薄膜和第二單面金屬化雙留邊聚丙烯薄膜，其雙留邊的寬度值還滿足如下要求：a3=a13，a4=a14，a5=a15，a3=a4=a5，且設定值均為3mm。這樣的留邊設計主要是滿足在過高電流的情況下，其避免高壓帶來的脈衝拉弧效應，防止由於留邊值的偏小而產生金屬鍍層自愈不良。

本發明採用雙面金屬化中留邊聚丙烯膜或者雙面金屬化中留邊聚脂薄膜與單面金屬化雙留邊聚丙烯薄膜串聯結構而成，形成電容器的過高電流的鍍層面積，在相同材料長度的情況下，此發明是利用雙面金屬化串聯的增大2倍的有效金屬鍍層面積來提高其過流能力。現有技術中，採用一條金屬化聚丙烯單面鍍鋁薄膜的載流面積S1，過流能力為I=I1，而本發明在此基礎上增加到2層金屬化聚丙烯單面鍍鋁中留邊薄膜或者雙面金屬化中留邊聚脂薄膜與單面金屬化雙留邊聚丙烯薄膜串聯的載流面積S2結構而成，形成增加過流面積S1+S2=2S的過流面積，在薄膜寬度相同，方阻同等的情況下，金屬鍍層的面積增加，那麼也就增加了電容器本身的過流能力，I=I1+I2。其能夠提高耐高電流衝擊的目的，從而改善之前設計的過流面積不足之處。

由於聚丙烯膜OPP電容器的容量會隨著溫度的升高而下降叫負溫度係數特性，而聚酯膜PET電容器的容量會隨著溫度的升高而升高叫正溫度係數特性。本發明利用原材料的溫度特性進行了不同的設計，由原來的全部是金屬化聚丙烯膜結構的電容器，其聚丙烯材料本身就是負溫度係數的特有屬性，而目前使用環境條件的不斷嚴苛，使得該全部聚丙烯膜結構的電容器不能使用在環境溫度較低的寒冷條件下，就出現了此不足之處，為了能夠全方位的使用在不同環境條件下的使用需求，本發明利用聚酯膜和聚丙烯膜的固有材料屬性進行有效結合而成的（利用材料溫度中和特性，使得電容器的容量更穩定，不易漂移）。

本發明使用的上述聚丙烯薄膜均採用最新的高溫薄膜，其溫度可以達到120℃，該發明的電容器使用的環境溫度可以達到120℃以上。由於本發明使用的聚丙烯薄膜耐溫可以達到120℃，在製作過程中，採用120℃高溫的聚合條件下，可以將電容器內部的溼氣給予排出的更加徹底，這樣就可以提高該電容器的絕緣強度，從而提高使用壽命。

由於本發明使用的聚丙烯薄膜或者聚脂薄膜全部採用蒸鍍金屬鋁作為金屬載體，其鍍層鋁的方塊電阻要求為1.0Ω/□以下，由於鍍層越厚，其方塊電阻值越小，承受的過電流越高，金屬鍍層的串聯電阻越小，其電容器的內部串聯電阻ESR值也越小，降低電容器的損耗角（即DF值越小），電容器的表面溫升越小，從而提高電容器的使用壽命。

由於本發明利用雙面金屬化中留邊聚丙烯薄膜或者雙面金屬化中留邊聚脂薄膜與單面的金屬化聚丙烯薄膜串聯結構而成，串聯結構可以增大金屬鍍層的有效面積，從而增加了過流面積，使得該發明能夠承受更高的過電流能力，由於串聯結構在電容器中起到平均分壓的功能，從而也提高了該發明的耐電壓能力。

儘管結合優選實施方案具體展示和介紹了本發明，但所屬領域的技術人員應該明白，在不脫離所附權利要求書所限定的本發明的精神和範圍內，在形式上和細節上可以對本發明做出各種變化，均為本發明的保護範圍。