CN109887746B - 一种用于高可靠大功率电容器的金属化薄膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于高可靠大功率电容器的金属化薄膜及其制备方法，属于电容技术领域。其包括基膜、SiC层、第一SiO2层、金属膜层、TiO2层和第二SiO2层；所述基膜一侧自里至外依次设置SiC层、第一SiO2层、金属膜层、TiO2层和第二SiO2层。本发明制备得到的金属化薄膜，采用真空磁控溅射工艺制作，各膜层的致密度较高；聚丙烯基膜和金属膜层之间的结合力增强；TiO2使得用此薄膜制成的电容器储电量大幅增加；并且除金属膜层外的其它4层薄膜具有优秀的绝缘性和耐高温特性，有效降低了电容器短路的几率。用此薄膜制成的电容器，具有耐受瞬间电流大、储能密度高、绝缘性好、耐击穿、可靠性高、寿命长等特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于高可靠大功率电容器的金属化薄膜及其制备方法，属于电容技术领域。
背景技术
随着科技日新月异的发展，不论是在军用还是在民用上都开发出了许多重大装备设备，在这些重大装备上都需要与之配套的高可靠大功率的电子元器件，其中作为重要的器件之一电容器也不例外。
长期以来，用在大功率场合的电容器大多数选用了电解电容器，因为其独特的结构特点造就了它可以做出大容量产品，但是，由于它的漏电流大，电解液易干涸，所以在使用过程中容易产生容量大幅度衰减甚至炸裂，而且其使用寿命不长，这样在诸多使用领域或场合受到了限制。鉴于此，开发一种高可靠大功率的电容器来代替电解电容器就显得非常迫切必要。
随着有机薄膜材料质量的提高，薄膜电容器技术难点的突破，设计结构日趋完善，现在薄膜电容器能做到更大容量，容量体积比越来越高。由于有机薄膜电容器的可靠性远比电解电容器高，因此，薄膜电容器在技术上逐渐部分取代铝电解电容是可行的，它在使用领域方面正在迅速拓宽。而金属化薄膜，是制作薄膜电容器的核心材料，金属化薄膜的质量与性能，对电容器的性能有着非常重要的影响。实现高可靠大功率有机薄膜电容器，更有利于我国国防和工业发展。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于高可靠大功率电容器的金属化薄膜及其制备方法，其具有耐受瞬间电流大、发热低、绝缘性好、可靠性高、寿命长等特点。
本发明的技术方案，一种用于高可靠大功率电容器的金属化薄膜，包括基膜、SiC层、第一SiO2层、金属膜层、TiO2层和第二SiO2层；所述基膜一侧自里至外依次设置SiC层、第一SiO2层、金属膜层、TiO2层和第二SiO2层。
进一步的，所述基膜厚度为50-290μm；所述SiC层的厚度为0.1-0.6μm；所述第一SiO2层的厚度为0.2-1μm；所述金属膜层厚度为0.6-3.5μm；所述TiO2层的厚度为0.1-0.4μm；所述第二SiO2层厚度为1-5μm。
进一步的，所述基膜厚度为70-130μm；所述SiC层的厚度为0.2-0.5μm；所述第一SiO2层的厚度为0.3-0.5μm；所述金属膜层厚度为1.8-2.1μm；所述 TiO2层的厚度为0.2-0.3μm；所述第二SiO2层厚度为2-3μm。
进一步的，所述基膜厚度为90μm；所述SiC层的厚度为0.2μm；所述第一SiO2层的厚度为0.3μm；所述金属膜层厚度为1.9μm；所述TiO2层的厚度为0.3μm；所述第二SiO2层厚度为3μm。
进一步的，所述金属膜层配方比例按重量份计如下：铝65-90份，银6-13 份，锗3-6，钴1-5份，钙3.5-6.3份，钇0.2-3份，钪0.1-0.8份，锆0.1-1份，镍0.05-0.6份，钡0.05-0.4份。
进一步的，所述基膜具体为聚丙烯薄膜。
所述金属膜层的宽度小于基膜的宽度。金属膜层的宽度小于基膜宽度是为了使得覆盖在金属膜层上方的TiO2层能够对金属膜层实现全覆盖，避免喷金工序中两端的喷金层与同一金属层的两边同时接触导致的正负电极之间的短路。
所述金属膜层与基膜齐平的一侧厚度大于另一侧的厚度，这是为了在喷金工序中增大金属化膜层与喷金层的接触面积，减小接触电阻；并且，越靠近电极部位，电流密度越大，把这一部位加厚，能减少发热量，防止金属层烧损。
所述用于高可靠大功率电容器的金属化薄膜的制备方法，步骤如下：
(1)镀制SiC层：把基膜装入卷绕式真空磁控溅射设备中，靶位上安装SiC 靶材；开启设备，当真空度达到3*10-4Pa时，用15-18kW的功率以射频溅射的方式进行溅射镀膜，卷绕速度为1.1-7m/s，在基膜上镀制厚度0.1-0.6μm的SiC 层；当整卷镀膜完成后，停止溅射，拆卸SiC靶材；
(2)镀制第一SiO2层：将Si靶材安装在上述设备的靶位上；开启设备，当真空度达到7*10-4Pa时，用12-16kW的功率进行中频反应溅射，同时向溅射室中通入适量氧气；将上述所得薄膜进行反向卷绕，速度为0.4-0.8m/s，在其上镀制厚度为0.2-1μm的第一SiO2层；当整卷镀膜完成后，停止溅射，拆卸SiO2靶材；
(3)镀制金属膜层：将合金靶材安装在靶位上，其组成按重量份数计为：铝65-90份，银6-13份，锗3-6份，钴1-5份，钙3.5-6.3份，钇0.2-3份，钪 0.1-0.8份，锆0.1-1份，镍0.05-0.6份，钡0.05-0.4份；开启设备，当真空度达到3*10-4Pa时，用26-31kW的功率以中频溅射的方式进行溅射镀膜，同时开启真空涂油设备，在薄膜的侧边涂3-10mm宽的YO4屏蔽油；卷绕速度为 0.2-1.3m/s，在基膜上镀制厚度0.6-3.5μm的金属膜层，涂屏蔽油的部位无金属镀膜，是留白区；当整卷镀膜完成后，停止溅射，拆卸合金靶材；
(4)镀制TiO2层：将TiOx靶材安装在靶位上；开启设备，当真空度达到 7*10-4Pa时，用16-19kW的功率进行中频反应溅射，同时向溅射室中通入氧气；将上述所得薄膜进行反向卷绕，速度为1.1-5m/s，在其上镀制厚度为0.1-0.4μm 的TiO2层；当整卷镀膜完成后，停止溅射，拆卸TiOx靶材；
(5)镀制第二SiO2层：将Si靶材安装在上述设备的靶位上；开启设备，当真空度达到7*10-4Pa时，用12-16kW的功率进行中频反应溅射，同时向溅射室中通入适量氧气；将上述所得薄膜进行反向卷绕，速度为0.08-0.2m/s，在其上镀制厚度为1-5μm的第二SiO2层；当整卷镀膜完成后，停止溅射，得到所需薄膜。
本发明的有益效果：本发明制备得到的金属化薄膜，采用真空磁控溅射工艺制作，各膜层的致密度较高；得益于SiC层和SiO2层作为过渡层的存在，聚丙烯基膜和金属膜层之间的结合力得到增强；TiO2层具有非常高的介电常数，使得用此薄膜制成的电容器，储电量大幅增加；并且除金属膜层外的其它4层薄膜具有优秀的绝缘性和耐高温特性，有效降低了电容器短路的几率。用此薄膜制成的电容器，具有耐受瞬间电流大、储能密度高、绝缘性好、耐击穿、可靠性高、寿命长等特点。
附图说明
图1是本发明结构截面图。
附图标记说明：1、基膜；2、SiC层；3、第一SiO2层；4、金属膜层；5、 TiO2层；6、第二SiO2层。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，一种用于高可靠大功率电容器的金属化薄膜，包括基膜1、SiC 层2、第一SiO2层3、金属膜层4、TiO2层5和第二SiO2层6；所述基膜1一侧自里至外依次设置SiC层2、第一SiO2层3、金属膜层4、TiO2层5和第二SiO2层6。
所述基膜1厚度为90μm；所述SiC层2的厚度为0.2μm；所述第一SiO2层3的厚度为0.3μm；所述金属膜层4厚度为1.9μm；所述TiO2层5的厚度为 0.3μm；所述第二SiO2层6厚度为3μm。
所述基膜1具体为聚丙烯薄膜。
实施例2
所述用于高可靠大功率电容器的金属化薄膜的制备方法，其特征是步骤如下：
(1)镀制SiC层：把基膜1装入卷绕式真空磁控溅射设备中，靶位上安装 SiC靶材；开启设备，当真空度达到3*10-4Pa时，用15kW的功率以射频溅射的方式进行溅射镀膜，卷绕速度为7m/s，在基膜上镀制厚度0.1μm的SiC层2；当整卷镀膜完成后，停止溅射，拆卸SiC靶材；
(2)镀制第一SiO2层：将Si靶材安装在上述设备的靶位上；开启设备，当真空度达到7*10-4Pa时，用12kW的功率进行中频反应溅射，同时向溅射室中通入适量氧气；将上述所得薄膜进行反向卷绕，速度为0.8m/s，在其上镀制厚度为0.2μm的第一SiO2层3；当整卷镀膜完成后，停止溅射，拆卸SiO2靶材；
(3)镀制金属膜层：将合金靶材安装在靶位上，其组成按重量份数计为：铝65份，银6份，锗3份，钴1份，钙3.5份，钇0.2份，钪0.1份，锆0.1份，镍0.05份，钡0.05份；开启设备，当真空度达到3*10-4Pa时，用26kW的功率以中频溅射的方式进行溅射镀膜，同时开启真空涂油设备，在薄膜的侧边涂3mm 宽的YO4屏蔽油；卷绕速度为1.3m/s，在基膜上镀制厚度0.6μm的金属膜层4，涂屏蔽油的部位无金属镀膜，是留白区；当整卷镀膜完成后，停止溅射，拆卸合金靶材；
(4)镀制TiO2层：将TiOx靶材安装在靶位上；开启设备，当真空度达到 7*10-4Pa时，用16kW的功率进行中频反应溅射，同时向溅射室中通入氧气；将上述所得薄膜进行反向卷绕，速度为5m/s，在其上镀制厚度为0.1μm的TiO2层5；当整卷镀膜完成后，停止溅射，拆卸TiOx靶材；
(5)镀制第二SiO2层：将Si靶材安装在上述设备的靶位上；开启设备，当真空度达到7*10-4Pa时，用12kW的功率进行中频反应溅射，同时向溅射室中通入适量氧气；将上述所得薄膜进行反向卷绕，速度为0.2m/s，在其上镀制厚度为1μm的第二SiO2层6；当整卷镀膜完成后，停止溅射，得到所需薄膜。
实施例3
所述用于高可靠大功率电容器的金属化薄膜的制备方法，其特征是步骤如下：
(1)镀制SiC层：把基膜1装入卷绕式真空磁控溅射设备中，靶位上安装 SiC靶材；开启设备，当真空度达到3*10-4Pa时，用18kW的功率以射频溅射的方式进行溅射镀膜，卷绕速度为1.1m/s，在基膜上镀制厚度0.6μm的SiC层 2；当整卷镀膜完成后，停止溅射，拆卸SiC靶材；
(2)镀制第一SiO2层：将Si靶材安装在上述设备的靶位上；开启设备，当真空度达到7*10-4Pa时，用16kW的功率进行中频反应溅射，同时向溅射室中通入适量氧气；将上述所得薄膜进行反向卷绕，速度为0.1m/s，在其上镀制厚度为1μm的第一SiO2层3；当整卷镀膜完成后，停止溅射，拆卸SiO2靶材；
(3)镀制金属膜层：将合金靶材安装在靶位上，其组成按重量份数计为：铝90份，银13份，锗6份，钴5份，钙6.3份，钇3份，钪0.8份，锆1份，镍0.6份，钡0.4份；开启设备，当真空度达到3*10-4Pa时，用31kW的功率以中频溅射的方式进行溅射镀膜，同时开启真空涂油设备，在薄膜的侧边涂10mm 宽的YO4屏蔽油；卷绕速度为0.2m/s，在基膜上镀制厚度3.5μm的金属膜层4，涂屏蔽油的部位无金属镀膜，是留白区；当整卷镀膜完成后，停止溅射，拆卸合金靶材；
(4)镀制TiO2层：将TiOx靶材安装在靶位上；开启设备，当真空度达到 7*10-4Pa时，用19kW的功率进行中频反应溅射，同时向溅射室中通入氧气；将上述所得薄膜进行反向卷绕，速度为1.1m/s，在其上镀制厚度为0.4μm的TiO2层5；当整卷镀膜完成后，停止溅射，拆卸TiOx靶材；
(5)镀制第二SiO2层：将Si靶材安装在上述设备的靶位上；开启设备，当真空度达到7*10-4Pa时，用16kW的功率进行中频反应溅射，同时向溅射室中通入适量氧气；将上述所得薄膜进行反向卷绕，速度为0.08m/s，在其上镀制厚度为5μm的第二SiO2层6；当整卷镀膜完成后，停止溅射，得到所需薄膜。
实施例4
所述用于高可靠大功率电容器的金属化薄膜的制备方法，其特征是步骤如下：
(1)镀制SiC层：把基膜1装入卷绕式真空磁控溅射设备中，靶位上安装 SiC靶材；开启设备，当真空度达到3*10-4Pa时，用16kW的功率以射频溅射的方式进行溅射镀膜，卷绕速度为4m/s，在基膜上镀制厚度0.4μm的SiC层2；当整卷镀膜完成后，停止溅射，拆卸SiC靶材；
(2)镀制第一SiO2层：将Si靶材安装在上述设备的靶位上；开启设备，当真空度达到7*10-4Pa时，用14kW的功率进行中频反应溅射，同时向溅射室中通入适量氧气；将上述所得薄膜进行反向卷绕，速度为0.6m/s，在其上镀制厚度为0.5μm的第一SiO2层3；当整卷镀膜完成后，停止溅射，拆卸SiO2靶材；
(3)镀制金属膜层：将合金靶材安装在靶位上，其组成按重量份数计为：铝76份，银10份，锗5份，钴3份，钙5份，钇2份，钪0.5份，锆0.6份，镍0.3份，钡0.2份；开启设备，当真空度达到3*10-4Pa时，用28kW的功率以中频溅射的方式进行溅射镀膜，同时开启真空涂油设备，在薄膜的侧边涂6mm 宽的YO4屏蔽油；卷绕速度为0.8m/s，在基膜上镀制厚度2μm的金属膜层4，涂屏蔽油的部位无金属镀膜，是留白区；当整卷镀膜完成后，停止溅射，拆卸合金靶材；
(4)镀制TiO2层：将TiOx靶材安装在靶位上；开启设备，当真空度达到 7*10-4Pa时，用18kW的功率进行中频反应溅射，同时向溅射室中通入氧气；将上述所得薄膜进行反向卷绕，速度为3m/s，在其上镀制厚度为0.2μm的TiO2层5；当整卷镀膜完成后，停止溅射，拆卸TiOx靶材；
(5)镀制第二SiO2层：将Si靶材安装在上述设备的靶位上；开启设备，当真空度达到7*10-4Pa时，用14kW的功率进行中频反应溅射，同时向溅射室中通入适量氧气；将上述所得薄膜进行反向卷绕，速度为0.15m/s，在其上镀制厚度为3μm的第二SiO2层6；当整卷镀膜完成后，停止溅射，得到所需薄膜。
Claims (9)
1.一种用于高可靠大功率电容器的金属化薄膜，其特征是：包括基膜(1)、SiC层(2)、第一SiO2层(3)、金属膜层(4)、TiO2层(5)和第二SiO2层(6)；所述基膜(1)一侧自里至外依次设置SiC层(2)、第一SiO2层(3)、金属膜层(4)、TiO2层(5)和第二SiO2层(6)。
2.如权利要求1所述用于高可靠大功率电容器的金属化薄膜，其特征是：所述基膜(1)厚度为50-290μm；所述SiC层(2)的厚度为0.1-0.6μm；所述第一SiO2层(3)的厚度为0.2-1μm；所述金属膜层(4)厚度为0.6-3.5μm；所述TiO2层(5)的厚度为0.1-0.4μm；所述第二SiO2层(6)厚度为1-5μm。
3.如权利要求2所述用于高可靠大功率电容器的金属化薄膜，其特征是：所述基膜(1)厚度为70-130μm；所述SiC层(2)的厚度为0.2-0.5μm；所述第一SiO2层(3)的厚度为0.3-0.5μm；所述金属膜层(4)厚度为1.8-2.1μm；所述TiO2层(5)的厚度为0.2-0.3μm；所述第二SiO2层(6)厚度为2-3μm。
4.如权利要求3所述用于高可靠大功率电容器的金属化薄膜，其特征是：所述基膜(1)厚度为90μm；所述SiC层(2)的厚度为0.2μm；所述第一SiO2层(3)的厚度为0.3μm；所述金属膜层(4)厚度为1.9μm；所述TiO2层(5)的厚度为0.3μm；所述第二SiO2层(6)厚度为3μm。
5.如权利要求1所述用于高可靠大功率电容器的金属化薄膜，其特征是：所述金属膜层(4)配方比例按重量份计如下：铝65-90份，银6-13份，锗3-6，钴1-5份，钙3.5-6.3份，钇0.2-3份，钪0.1-0.8份，锆0.1-1份，镍0.05-0.6份，钡0.05-0.4份。
6.如权利要求1所述用于高可靠大功率电容器的金属化薄膜，其特征是：所述基膜(1)具体为聚丙烯薄膜。
7.如权利要求1所述用于高可靠大功率电容器的金属化薄膜，其特征是：所述金属膜层(4)的宽度小于基膜(1)的宽度。
8.如权利要求7所述用于高可靠大功率电容器的金属化薄膜，其特征是：所述金属膜层(4)与基膜(1)齐平的一侧厚度大于另一侧的厚度。
9.权利要求1-6之一所述用于高可靠大功率电容器的金属化薄膜的制备方法，其特征是步骤如下：
(1)镀制SiC层：把基膜(1)装入卷绕式真空磁控溅射设备中，靶位上安装SiC靶材；开启设备，当真空度达到3*10-4Pa时，用15-18kW的功率以射频溅射的方式进行溅射镀膜，卷绕速度为1.1-7m/s，在基膜上镀制厚度0.1-0.6μm的SiC层(2)；当整卷镀膜完成后，停止溅射，拆卸SiC靶材；
(2)镀制第一SiO2层：将Si靶材安装在上述设备的靶位上；开启设备，当真空度达到7*10-4Pa时，用12-16kW的功率进行中频反应溅射，同时向溅射室中通入适量氧气；将上述所得薄膜进行反向卷绕，速度为0.4-0.8m/s，在其上镀制厚度为0.2-1μm的第一SiO2层(3)；当整卷镀膜完成后，停止溅射，拆卸SiO2靶材；
(3)镀制金属膜层：将合金靶材安装在靶位上，其组成按重量份数计为：铝65-90份，银6-13份，锗3-6份，钴1-5份，钙3.5-6.3份，钇0.2-3份，钪0.1-0.8份，锆0.1-1份，镍0.05-0.6份，钡0.05-0.4份；开启设备，当真空度达到3*10-4Pa时，用26-31kW的功率以中频溅射的方式进行溅射镀膜，同时开启真空涂油设备，在薄膜的侧边涂3-10mm宽的YO4屏蔽油；卷绕速度为0.2-1.3m/s，在基膜上镀制厚度0.6-3.5μm的金属膜层(4)，涂屏蔽油的部位无金属镀膜，是留白区；当整卷镀膜完成后，停止溅射，拆卸合金靶材；
(4)镀制TiO2层：将TiOx靶材安装在靶位上；开启设备，当真空度达到7*10-4Pa时，用16-19kW的功率进行中频反应溅射，同时向溅射室中通入氧气；将上述所得薄膜进行反向卷绕，速度为1.1-5m/s，在其上镀制厚度为0.1-0.4μm的TiO2层(5)；当整卷镀膜完成后，停止溅射，拆卸TiOx靶材；
(5)镀制第二SiO2层：将Si靶材安装在上述设备的靶位上；开启设备，当真空度达到7*10-4Pa时，用12-16kW的功率进行中频反应溅射，同时向溅射室中通入适量氧气；将上述所得薄膜进行反向卷绕，速度为0.08-0.2m/s，在其上镀制厚度为1-5μm的第二SiO2层(6)；当整卷镀膜完成后，停止溅射，得到所需薄膜。
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