專利名稱：用于薄膜電容器的薄膜和薄膜電容器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于薄膜電容器的薄膜，所述薄膜由一種電絕緣的載體膜和敷設(shè)于該載體膜之上的導(dǎo)電層構(gòu)成，其中所述的導(dǎo)電層在該薄膜電容器內(nèi)形成電極，而所述載體膜則形成電介質(zhì)。另外，本發(fā)明還涉及一種用該薄膜實施的薄膜電容器。
現(xiàn)有技術(shù)電容器尤其以薄膜電容器的形式而被制造用于大量的電容領(lǐng)域，其中電介質(zhì)由塑料薄膜組成。電極由兩個導(dǎo)電的金屬面構(gòu)成。所述的兩個金屬面由薄的金屬膜制成，或由蒸鍍在膜上的金屬層構(gòu)成。后面提到的電容器具有自愈作用，也就是說，在電擊穿或穿透的情況下，金屬層會蒸發(fā)到放電的周圍或為此而設(shè)的附近位置上。由此使有效區(qū)域被減小，其中雖然輕微地減小了電容，但該電容器仍然可以使用。
在US5136462和FR8911713中曾講述過一種用于薄膜電容器的薄膜，它具有劃分成單個段的金屬敷層，而不是連貫的金屬敷層。所述的單個段具有較小的表面電阻，且這些段由不導(dǎo)電的溝狀縫隙相互隔開，并僅通過狹窄的電橋作相互電連接。該狹窄的電橋被用作保護裝置，在電擊穿的情況下，由該電橋?qū)⒂嘘P(guān)的段同其余的段分隔開，使得由電擊穿引起的損害只局限在單個或幾個段的范圍內(nèi)。具有這種分段薄膜的電容器對應(yīng)著幾千個單個的并聯(lián)電容器。
在EP0813213A1的分段薄膜電容器中，各段之間的縫隙是利用一種導(dǎo)電薄層來覆蓋的。該薄層的作用是擴大有效面積和避免在電極段與未敷設(shè)的縫隙之間的邊沿處產(chǎn)生過高的場。導(dǎo)電的縫隙的任務(wù)在于，在電極段內(nèi)發(fā)生電擊穿的情況下提高該電極段周圍內(nèi)的阻抗和中斷能量供給。在此，所述導(dǎo)電薄層的面積部分相對于所述電極段越大，則所述薄膜電容器的等效串聯(lián)電阻就越大，由此也便提高了電損耗和所述電容器內(nèi)的溫度。而電容器內(nèi)的較高溫度會引起老化現(xiàn)象的加快。
WO 94/19813曾公開過一種薄膜電容器，它具有一種介電薄膜和鍍敷其上的連貫的電極。所述的電極按照考慮而被構(gòu)造得較薄，并具有相應(yīng)高的表面電阻5～300歐姆。由于該較高的表面電阻，相對于上面講述的分段薄膜電容器可以實現(xiàn)更好的介電強度或更高的擊穿電壓。
發(fā)明敘述因此本發(fā)明所基于的任務(wù)是創(chuàng)造一種用于薄膜電容器的薄膜和一種設(shè)有該薄膜的薄膜電容器，它們只經(jīng)受極小的老化現(xiàn)象。
該任務(wù)由具有權(quán)利要求1的特征部分的薄膜和具有權(quán)利要求8的特征部分的薄膜電容器來實現(xiàn)。本發(fā)明的優(yōu)選擴展方案由從屬權(quán)利要求給出。
本發(fā)明的特征在于，在具有作為電極的導(dǎo)電層和敷設(shè)于該層之上的電流線路結(jié)構(gòu)的電容器薄膜中，所述層的表面電阻被選得盡可能地大，而所述電流線路結(jié)構(gòu)的表面電阻則選得盡可能地小。在擊穿的情況下，所述的第一種措施只帶來較小的電容損耗，第二種措施則可以導(dǎo)致電極和電流線路結(jié)構(gòu)的表面總電阻減小。由此減小了所述電容器薄膜的歐姆損耗，并從而降低了升溫。所以上述兩種措施對老化現(xiàn)象是有正面作用的。
本發(fā)明用于薄膜電容器的薄膜的導(dǎo)電層具有較高的表面電阻。當電擊穿時，該高的表面電阻限制了所述導(dǎo)電層的蒸發(fā)表面區(qū)域，由此只輕微地損害所述電容器的有效電極表面和其電容。另外，擊穿電壓被提高了，在擊穿時只有局部較少的電能被轉(zhuǎn)換成熱。利用本發(fā)明的優(yōu)選為主輔電流線路形式的電流線路結(jié)構(gòu)，可以相對于所述導(dǎo)電層的表面電阻制作一個較低的表面總電阻。該較低的表面總電阻降低了電流流經(jīng)電容器時的歐姆損耗，并由此降低了電容器內(nèi)的升溫，所以這對取決于溫度的電容老化起到了正面作用。
所述的電流線路結(jié)構(gòu)優(yōu)選地由與所述導(dǎo)電層相同或不同的導(dǎo)電材料組成，而且具有一個凸出在所述導(dǎo)電層上方的輪廓。所述單個的、優(yōu)選構(gòu)造為條形的電流線路被細分為主輔電流線路，并形成條形構(gòu)造的電極結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，所述電流線路結(jié)構(gòu)的表面電阻至少以因數(shù)20相對于所述導(dǎo)電層的表面電阻而被降低。這樣，所述的電流線路結(jié)構(gòu)在面積上可以只較少地覆蓋所述電極層的10％以下，而不會在所需的表面總電阻降低方面帶來損失。所述的電流線路實施得越狹窄和/或越稀疏，則所述電容器薄膜的自愈(高電阻)電極表面降低得越少。利用所述較低的表面總電阻和所述的薄電極層，設(shè)有本發(fā)明電容器薄膜的薄膜電容器在自愈特性最優(yōu)化的同時，還具有較好的導(dǎo)電性能，這便提高了壽命期望值。
附圖簡述不失本發(fā)明思想的一般性，下面參考附圖并借助實施例來舉例闡述本發(fā)明。圖中

圖1～3分別示出了本發(fā)明電容器薄膜的一個區(qū)域的俯視圖，以及圖4示出了按本發(fā)明構(gòu)造的電容器薄膜的、未按比例畫出的截面圖。
實施本發(fā)明的方法圖1用俯視圖示出了用于薄膜電容器的本發(fā)明薄膜的實施例。該薄膜由載體膜1和敷設(shè)于其上的導(dǎo)電層2組成。優(yōu)選地，所述的導(dǎo)電層2構(gòu)造為金屬層，但導(dǎo)電塑料也適合于構(gòu)成該層。
相反，載體膜1是由電絕緣的塑料材料制成。而且已知可以采用紙膜作為載體材料。
圖1所示的薄膜具有一個左縱向邊沿3，載體膜1沿著該縱向邊沿脫離導(dǎo)電層2，相反，所述薄膜的右邊緣設(shè)有主電流線路4。在該主電流線路的整個長度上，從外部接觸和饋給該電容器薄膜。從所述的主電流線路4垂直分支出輔助電流線路5，該輔助電流線路相互平行，且以均勻的間距a布置。所述由主電流線路4和輔助電流線路5組成的電流線路結(jié)構(gòu)所具有的表面電阻比導(dǎo)電層2要小得多，原因是它的厚度比層2大。這尤其可以從下面還將繼續(xù)講述的圖4中明顯地看出來。
導(dǎo)電層2和主輔電流線路4、5可以由單獨的金屬敷層構(gòu)成，而只是厚度不同而已。但是，優(yōu)選地構(gòu)造為金屬層的導(dǎo)電層2和電流線路4、5也可以由不同的金屬構(gòu)成。譬如有利的做法是，層2由鋅構(gòu)成而主輔電流線路4、5則由鋁構(gòu)成，這是因為鋁有較高的導(dǎo)電性而可使主輔電流線路4、5的厚度保持很小。為了替代通過鍍敷金屬而制造的電流線路，也可以采用由金屬膜組成的主輔電流線路4、5。
優(yōu)選地，如此來布置所述的主輔電流線路4、5，使得所述的導(dǎo)電層2被劃分為多個子區(qū)6，并至少在一個方向上限定該子區(qū)的延伸，以便存儲在層2內(nèi)的電荷可以通過較短的通路而導(dǎo)往所述的主輔電流線路4、5。在圖1所示的實施例中，所述的輔助電流線路5的間距為a，使得層2的每個點距離最近的電流線路不寬于a/2。由此，存儲在層2內(nèi)的電荷被導(dǎo)往電流線路時所經(jīng)過的通路被限定在a/2。構(gòu)造在電流線路5之間的子區(qū)6可以選擇為任意的形狀，譬如條形、方形、菱形，等等。
所述導(dǎo)電層2的表面電阻應(yīng)至少為5歐姆，并優(yōu)選地大于20歐姆。此表面電阻越高，在電擊穿時所述構(gòu)成電容電極的層2的被破壞表面區(qū)域便越小。
對于文章開頭所講述的常規(guī)分段的電極，在電擊穿之后，通常整個段有大于1cm2的大小是不能使用的。在當前所選的電極具有較高表面電阻的情況下，每次電擊穿所蒸發(fā)的面積被限制為小于1mm2。因此，電擊穿會較少地損害所述薄膜電容器的電容，從而使所述電容器的降解或取決于擊穿的老化作用變?yōu)闃O小。
為了防止薄電極在工作時過量升溫，在所述的電極層上設(shè)有一種用于減小表面總電阻的電流線路結(jié)構(gòu)。在此，單個電流線路的表面電阻越小，到電極的所選覆蓋率可以越低，而不會由此帶來所述電極和電流線路的表面總電阻被降低的危險。較小的覆蓋率也意味著所述敷設(shè)較薄的自愈電極表面具有最大的延伸，也就是說，所述的電流線路對電極的自愈質(zhì)量影響最小。相應(yīng)地，通過較少和/或狹窄的輔助電流線路來實現(xiàn)所需的覆蓋少于剩余電極表面的10％。在本發(fā)明電容器薄膜的一種典型的實施例中，所述導(dǎo)電層的表面電阻為70歐姆，而所述電流線路的表面電阻為0.5歐姆。由此可以得出，在間距a為3cm、輔助電流線路寬度為0.1cm、以及薄膜寬度b為15cm的情況下，經(jīng)不同方向在所述的電極表面內(nèi)所測得的平均表面總電阻為22歐姆。
文章開頭所講述的具有分段電極的薄膜電容器譬如在每個子區(qū)內(nèi)具有7歐姆的表面電阻。利用所述狹窄的電橋，表面總電阻被提高約3.4倍，也即其為24歐姆。盡管在已知薄膜電容器中的局部表面電阻要遠遠小于本發(fā)明的電容器，但本發(fā)明薄膜的表面總電阻卻小于所述已知電容器薄膜的表面總電阻。
由于所述局部表面電阻越小，由電擊穿所帶來的電容損耗和老化就越厲害，而且所述的表面總電阻越小，導(dǎo)電性能就越好，所以，本發(fā)明的薄膜和由本發(fā)明薄膜構(gòu)成的電容器在老化和其導(dǎo)電性能方面都得到了最優(yōu)化。
上面所給出的是所述輔助電流線路的間隔a為3cm、且薄膜的寬度為15cm的實施例。所述的間距a可以在2～15cm的范圍內(nèi)變化，而所述的寬度b則可以在3～30cm的范圍內(nèi)變化。所述輔助電流線路5的寬度小于10mm，優(yōu)選地為小于3mm。
如果所述的導(dǎo)電層2和主輔電流線路4、5都由鋅構(gòu)成，則層2的厚度小于200埃，而所述電流線路的厚度大于4000埃。如果敷設(shè)在所述載體膜1上的導(dǎo)電層2由鋅制成，而所述的主輔電流線路4、5由鋁或鋅/鋁合金組成，那么所述的導(dǎo)電層2的厚度小于200埃，而所述電流線路的厚度大于2700埃。如同上文所述，在可能范圍內(nèi)可以力圖使表面電阻比大于20。
圖2示出了用于薄膜電容器的本發(fā)明薄膜1的另一實施例。該薄膜基本上與圖1所示的薄膜是一致的，因此相同的元件是用相同的參考符號來標示的。它們的不同之處在于，在所述輔助電流線路5和主電流線路4的連接區(qū)設(shè)有一個用作保護裝置的縮小處7。當在電流線路5的范圍內(nèi)發(fā)生非自愈的電擊穿時，該縮小處可以被用來作為附加保護。
本發(fā)明的電容器可以由兩個用金屬層單側(cè)鍍敷的載體膜卷制而成，其中兩個金屬層均構(gòu)成一個電極，由塑料組成的載體膜被用作介電隔離，或者，該電容器由一個兩側(cè)鍍敷有金屬層的載體膜和一個未鍍敷的薄膜卷制而成，其中由所述的兩個金屬層構(gòu)成電極，并把所述未鍍敷的附加薄膜用作絕緣器。不管怎樣包卷電容器和由哪些薄膜來包卷，在截面上都可以得出一系列的層，這些層均由介電隔離的塑料材料和作用為電極的金屬層組成。
在多層的薄膜電容器中，有必要在相繼各層的電流線路之間避免不能自愈的電擊穿。為此，令人滿意的做法就是使相繼各層的主輔電流線路4、5不是恰好上下放置，而是相互錯開的。此外，這還取決于包卷過程和電流線路結(jié)構(gòu)之間的足夠協(xié)調(diào)。
在包卷過程之前，優(yōu)選地在每第二個單倍鍍敷的薄膜上或在每個雙倍鍍敷的薄膜的背面上，所述的主電流線路被裝設(shè)在反面的薄膜邊緣。于是，圖1所示的輔助電流線路交替地從左右邊緣出發(fā)，分別延伸到一個由反電極的輔助電流線路定義的子區(qū)6內(nèi)。
圖3示出了一個視圖，其中附加的輔助電流線路5’平行于所述薄膜內(nèi)的主電流線路。輔助電流線路5將輔助電流線路5’與主電流線路4連接起來。虛線所示的是背側(cè)反電極的輔助電流線路5”、5”’。由于在該實施例中電流線路結(jié)構(gòu)總是只限于所述薄膜的一半，所以在任何情況下都不會產(chǎn)生重疊。
圖4示出了按本發(fā)明進行構(gòu)造的薄膜的截面圖。在所述的載體膜1上，利用已知的鍍敷技術(shù)敷設(shè)一個導(dǎo)電層2，如同上面的實施例所示，該導(dǎo)電層被實施為金屬層。顯然，也可以為該導(dǎo)電層2采用導(dǎo)電塑料。
直接毗鄰于所述導(dǎo)電層2的表面而在該表面上裝設(shè)一些主輔電流線路4、5形式的凸形電流線路結(jié)構(gòu)，該電流線路結(jié)構(gòu)要么與所述的導(dǎo)電層2一起作整體構(gòu)造，要么事后敷設(shè)在該層2上。在每種情況下，所述的電流線路結(jié)構(gòu)都優(yōu)選地被構(gòu)造成延伸于所述表面之上的條形4、5，并與層2形成電連接。利用構(gòu)造為條形的主輔電流線路4、5的凸出而擴大了其厚度，由此相對于導(dǎo)電層2內(nèi)的電阻而降低了所述的表面電阻。
本發(fā)明在上文是借助多個實施例來進行詳細講述的；但本發(fā)明并不局限于這些實施例。在本發(fā)明的范圍內(nèi)，所述的載體膜可以由聚丙烯、聚苯乙烯、聚酯、聚碳酸酯、PET、PEN、乙酸纖維或漆膜等構(gòu)成；所述的金屬層和電流線路可以由鋅、鋁、銀、金、銅、鎂或由多種這種金屬制成的合金構(gòu)成；為了代替高阻值的金屬層，也可以裝設(shè)導(dǎo)電的塑料。所述薄膜的形狀不必是條形的，而可以按需要采取任意的形狀。
所述的電流線路、尤其是所述的輔助電流線路可以在其電阻值上構(gòu)造一個梯度。該電阻梯度可以通過改變所述線路的成份、寬度和/或厚度來進行設(shè)置。優(yōu)選地，將所述的輔助電流線路5構(gòu)造成其電阻沿指向相應(yīng)主電流線路4的方向降低。在該情形下，力圖在電流線路結(jié)構(gòu)和電極層之間獲得的表面電阻比涉及到所述輔助電流線路的最厚處。
參考符號清單1載體膜
2導(dǎo)電層3縱向邊沿4主電流線路5輔助電流線路6子區(qū)7縮小處按照條約第19條的修改1.用于薄膜電容器的薄膜，具有構(gòu)造為電介質(zhì)的電絕緣的載體膜(1)和一個敷設(shè)于其上的導(dǎo)電層(2)，所述的導(dǎo)電層被用作電極，其中在所述的層(2)上構(gòu)造了至少一個電流線路結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的導(dǎo)電層(2)具有至少為5歐姆、優(yōu)選為大于20歐姆的高表面電阻，以便減小取決于擊穿的電容損耗；而且，為了減小表面總電阻，所述的至少一個電流線路結(jié)構(gòu)具有比所述導(dǎo)電層(2)低的表面電阻。
3.如權(quán)利要求1所述的薄膜，其特征在于所述的電流線路結(jié)構(gòu)具有至少一個主電流線路(4)和多個從所述主電流線路(4)分支的輔助電流線路(5)。
4.如權(quán)利要求3所述的薄膜，其特征在于所述的薄膜構(gòu)造為條形，而且所述的至少一個主電流線路(4)沿著所述薄膜的縱向邊沿(3)延伸。
5.如權(quán)利要求3所述的薄膜，其特征在于所述的輔助電流線路(5)在其最厚的位置處具有如下的表面電阻，即該表面電阻小于所述導(dǎo)電層(2)的表面電阻20倍以上。
權(quán)利要求
1.用于薄膜電容器的薄膜，具有構(gòu)造為電介質(zhì)的電絕緣的載體膜(1)和一個敷設(shè)于其上的導(dǎo)電層(2)，所述的導(dǎo)電層被用作電極，其中在所述的層(2)上構(gòu)造了至少一個電流線路結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的導(dǎo)電層(2)具有較高的表面電阻，以便減小取決于擊穿的電容損耗；而且，為了減小表面總電阻，所述的至少一個電流線路結(jié)構(gòu)具有比所述導(dǎo)電層(2)低的表面電阻。
2.如權(quán)利要求1所述的薄膜，其特征在于所述導(dǎo)電層(2)的表面電阻至少為5歐姆，優(yōu)選為大于20歐姆。
3.如權(quán)利要求1所述的薄膜，其特征在于所述的電流線路結(jié)構(gòu)具有至少一個主電流線路(4)和多個從所述主電流線路(4)分支的輔助電流線路(5)。
4.如權(quán)利要求3所述的薄膜，其特征在于所述的薄膜構(gòu)造為條形，而且所述的至少一個主電流線路(4)沿著所述薄膜的縱向邊沿(3)延伸。
5.如權(quán)利要求3所述的薄膜，其特征在于所述的輔助電流線路(5)在其最厚的位置處具有如下的表面電阻，即該表面電阻小于所述導(dǎo)電層(2)的表面電阻20倍以上。
6.如權(quán)利要求3所述的薄膜，其特征在于所述的輔助電流線路最多覆蓋所述導(dǎo)電層(2)的10％。
7.如權(quán)利要求3所述的薄膜，其特征在于所述的電流線路結(jié)構(gòu)具有至少一個被用作保護裝置的縮小處(7)。
8.具有電極及電介質(zhì)的薄膜電容器，其特征在于至少一個電極和所述薄膜電容器的電介質(zhì)是用權(quán)利要求1～7之一所述的薄膜來構(gòu)造的。
9.如權(quán)利要求8所述的薄膜電容器，其特征在于所述的電容器是由兩個用導(dǎo)電層(2)單側(cè)鍍敷的載體膜(1)構(gòu)成的，其中所述的兩個導(dǎo)電層(2)均構(gòu)成一個電極，而且所述的載體膜(1)被用作介電隔離，或者，所述的電容器由一個兩側(cè)鍍敷有導(dǎo)電層(2)的載體膜(1)和一個未鍍敷的薄膜卷制而成，其中在截面上形成一系列的層，所述的這些層由電絕緣材料和用作電極的導(dǎo)電層組成。
10.如權(quán)利要求9所述的薄膜電容器，其特征在于兩個相鄰層的主輔電流線路(4、5或4’、5’)在布置時相互錯開。
全文摘要
講述一種用于薄膜電容器的薄膜,它由電絕緣的載體膜和敷設(shè)于其上的導(dǎo)電層構(gòu)成,其中所述的導(dǎo)電層在薄膜電容器中形成電極,而載體膜則形成電介質(zhì)。本發(fā)明的特征在于:所述的導(dǎo)電層(2)被構(gòu)造得盡可能地薄,并在所述導(dǎo)電層(2)上裝設(shè)至少一個電流線路(4,5)以便減小表面總電阻,所述的電流線路具有比所述導(dǎo)電層低的表面電阻。
文檔編號H01G4/015GK1334955SQ99816028
公開日2002年2月6日 申請日期1999年12月1日 優(yōu)先權(quán)日1998年12月3日
發(fā)明者M·卡倫, P·布呂施, H·J·維斯曼 申請人:Abb研究有限公司