CN111180210A - 一种网结构电路模型电容器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种网结构电路模型电容器，包括：金属化膜片、金属化膜片叠层，以及以分布参数形式嵌入在金属化膜片及金属化膜片叠层中的多个单元电容；金属化膜片与金属化膜片叠层构成电容器的网结构电路结构；其中，多个单元电容具有等电容量值的单位特征。本发明提供的网结构电路原理电容器，采用单元电容嵌入金属化膜片及金属化膜片叠层中的结构电容体内无需导体引线，构成一体的电容器，采用三维空间上的金属化膜叠加，满足了新电容器中间电极的设计和工艺制备，采用原理电容器大大降低了电容器内部的电阻和电感，提高了薄膜电容高倍率能量应用的技术特性。
Description
技术领域
本发明涉及电容器技术领域，特别是涉及一种网结构电路模型电容器。
背景技术
电容器是电子电路工业中应用最为普及的基本元件之一，其主要形式有超级电容器、电解电容器、薄膜电容器、陶瓷介质电容器等形式(见图1)。上述几种电容器的比较中，给出了各类电容器的温度特性、能量特性、时间响应、制作成本的相对大小。其中薄膜电容器和陶瓷介质电容器具有良好的时间响应，这个特性是脉冲功率技术应用中，所说的高倍率能量充放电特性，是高频电压电容器贮能、放能应用的主要技术特征。
现有的薄膜电容器，大多采用卷绕式方式生产电容器芯组，然后再将芯组并联，电路模型如图2a所示；由于采用卷绕方式实际上等同于电容器在二维平面上设计。这样的设计，需要再提高电容器的高倍率能量特性，都面临进一步降低电容器的内部电感和内部电阻的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种网结构电路模型电容器，以解决三维空间上电容器中电路的布局，为原理电容器的设计和工艺技术提供空间，提高特定需求的技术特性。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供了一种网结构电路模型电容器，包括：金属化膜片、金属化膜片叠层，以及以分布参数形式嵌入在所述金属化膜片及金属化膜片叠层中的多个单元电容；所述金属化膜片与所述金属化膜片叠层构成所述电容器的网结构电路结构；其中，所述多个单元电容具有等电容量值的单位特征。
优选地，所述金属化膜片叠层由金属化膜片叠加而成。
优选地，所述金属化膜片为单面金属化膜片或双面金属化膜片；所述单面金属化膜片构成单元电容至少需要两层所述单面金属化膜片叠加，所述双面金属化膜片构成所述单元电容需要至少一层所述双面金属化膜片。
优选地，当采用所述双面金属化膜片进行叠加时，采用左右手系图样的金属化膜片电路进行定位叠加。
优选地，所述金属膜片叠层的叠层方式为单张层叠或连续薄膜自动化折叠。
优选地，所述电容器还包括：正负电极、中间电极；所述中间电极采用不同电位。
优选地，所述电容器正负极与所述中间电极焊接连接，其中，所述焊接方式包括：钎焊、峰流焊、喷金工艺的任意一种方法。
优选地，当网结构电路模型需要高频电压时，需要串联n个如上述中所述的单元电容；其中，n>3。
本发明提供的网络电路电容器，在采用柔性电路板(膜片)叠加的方式后，解决了在三维空间上设计电容器中电路的布局条件，为新型原理电容器的设计和工艺技术的应用提供了空间，获得了新原理设计途径，为新型原理电容器提供了更优的技术特性。本发明提供的网结构电路原理电容器，采用单元电容嵌入金属化膜片及金属化膜片叠层中的结构，电容体内无需导体引线，构成一体的电容器。采用三维空间上的金属化膜叠加，满足了新电容器的设计和工艺制备。采用新型原理电容器大大降低了电容器内部的电阻和电感，提高了薄膜电容高倍率能量应用的技术特性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中的几种电容器主要形式的对比示意图；
图2a为现有技术中的薄膜电容器电路模型的示意图；
图2b为本发明实施例提供的网结构电容器电路模型的示意图；
图3为本发明实施例采用网结构电路模型的电容剖面结构示意图；
图4为本发明实施例提供的一种双面金属化膜片上串联7个单元电容的金属化膜片图样示意图。
附图中：
301-正电极，302-负电极，303-中间电极，304-薄膜介质，305 金属化膜片；
401-正面铜箔，402聚酰亚胺绝缘板，403-背面铜箔。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1所示，为现有技术中的几种电容器主要形式的对比示意图。示出了各类电容器的温度特性、能量特性、时间响应、制作成本的相对大小。其中薄膜电容器和陶瓷介质电容器具有良好的时间响应，这个特性是脉冲功率技术应用中高倍率能量充放电特性，是高频电压电容器贮能、放能应用的主要技术特征。
如图2a所示，为现有薄膜电容器电路模型的示意图。现有的薄膜电容器，大多采用卷绕式方式生产电容器芯组，然后再将芯组并联。由于采用卷绕方式实际上等同于电容器在二维平面上设计。若要再提高电容器的高倍率能量特性，都面临进一步降低电容器的内部电感和内部电阻的问题。本发明实施例采用网结构电路模型(如图2b所示)，结合电容器体内分布参数式设计，大大降低了电容器内部的电阻和电感，针对性的提高了电容器的高倍率能量特性。
具体地，本发明实施例提供的网结构电路模型电容器，包括：金属化膜片、金属化膜片叠层，以及以分布参数形式嵌入在金属化膜片及金属化膜片叠层中的多个单元电容。金属化膜片与金属化膜片叠层构成电容器的网结构电路结构；其中，多个单元电容具有等电容量值的单位特征。具体的，单元电容具有精密等量值电容值的单位特征。其中，电容的分布参数是指其导电体周围的电磁场分布形成的电感、电容参数。具体的，金属化膜片与金属化膜片叠层形成单元电容的串并联，进而构成本申请实施例提供的网结构电路模型电容器的网络结构电路。
具体地，电容是二个电极之间电场中电荷极化形成的，金属化膜片一张为正电极，另一张为负电极，叠放之中就构成了电容。由于所有这些电容是在网络电路方式下连接的(通过正负、中间电极)，电原理上必须有相等量的电容量，所以具有单元电容相等的特征。
如图3所示，为本发明实施例采用网结构电路模型的电容剖面结构示意图。本发明公开了一种网结构电路模型电容器，它应用了网结构电路模型，设计了包含多个单元电容在内，本发明实施例中多个单元电容并不是通过导线连接形成网结构电路模型，也没有通常卷绕电容芯组再并联，而是以电容的分布参数理念设计。首先在极薄的金属化膜片上，设计分布式电容的各种电极图案，然后叠加这些膜片，在金属化膜片和金属化膜片叠层之中，嵌入众多的单元电容。所以，以分布参数理念设计的电容，叠加膜片之后，通过正负电极和各中间电极的焊接就构成了一个整体的电容器。新电容采用三维空间金属化膜叠加，构建了新电容器具有正负电极、中间电极焊接的特点。
具体地，金属化膜片为单面金属化膜片或双面金属化膜片；单面金属化膜片构成单元电容至少需要两层单面金属化膜片叠加，双面金属化膜片构成单元电容需要至少一层双面金属化膜片。其中，当采用双面金属化膜片时，可以避免金属化膜片之间的气息发生局部放电击穿。具体地，金属化膜片叠层由金属化膜片叠加而成。
本发明实施例中如图3所示在一张双面金属化膜片上，串联了7 个单元电容，多张双面金属化膜片305，按照左右手图样交替叠放，构成分布式的网结构电路模型电容器。图中的电容是在垂直x轴剖面切开的示意图，z轴为叠加方向。标识出了三维设计中，电容器的正电极301、负电极302、中间电极303。通过电容器在xyz三维方向的设计，实现网络结构电路模型的电容器。
本发明实施例中金属化膜片可以是在如图3中薄膜介质304上单面金属化膜片。单面金属化膜片需要有二张膜片叠加的情况下，才有可能构成分布式的单元电容。这与金属化膜片上的图样设计紧密相关，一个好的图样可以简洁、有效的构成单元电容，并且几乎没有多余的用料。当面对叠层间气隙击穿的问题时，对叠放工艺要求较高。
本发明实施例提供的另一个优选实施例中，金属化膜片也可以是在介质薄膜上进行双面金属化，见图4所示。如图4所示，为本发明实施例提供的一种双面金属化膜片上串联7个单元电容的金属化膜片图样示意图。双面金属化膜片由于介质薄膜(聚酰亚胺绝缘板402) 二面(正面铜箔401以及背面铜箔403)可以构成电极，只要自身一张膜片就可以构成分布式的单元电容。这也需要精心设计金属化膜片上的图样，才能够解决膜片叠加时的要求。采用双面金属化膜片的优势在于叠片间气隙可以是等电位状态，避免了气隙击穿，膜片叠加工艺要求较单面叠加低。
在应用双面金属化膜电极膜片进行叠加时，除非左右对称性的保证，需要注意采用左手图样的膜片和右手系图样的膜片交替叠加，保证叠加方向上的图样要求。同样，单面金属化膜片也可以叠加构成三维方向上的分布式单元电容。依托现代高精度的自动化制备技术，实现叠层膜片电路图样精度高、对位准确的要求。同时，无论单面金属化膜片还是双面金属化膜片，单张膜片的电极图样具备可检查，方便剔除缺陷膜片，符合网结构电路电容量值精度要求和叠层的定位精度、质量保证的要求。
具体地，本发明实施例提供的网结构电容器中的单元电容，可以在网结构电路模型中由原理可知，N个单元电容的电容量值相等。这取决于金属膜片上的电极图样的差异。显然，精密的几何图样面积的差异是很小的，制作上也是有充分的余地。
具体地，薄膜介质的厚度和金属化层的均匀性，会影响到单元电容的量值，采用单面金属化膜片叠加时薄膜介质厚度和金属化层的厚度都有影响，双面金属化只受薄膜介质厚度的影响。但是，在目前电容器应用中，二者的厚度都已经非常小量，因此可以达到单元电容等量值的要求。
本发明实施例提供的网结构电路模型电容器当采用双面金属化膜片进行叠加时，采用左右手系图样的金属化膜片电路进行定位叠加。多张金属化膜片的叠加，即增长了电容器的总电容量，又通过并联大大降低了电容器的内部电阻和内部电感。
具体地，电容器还包括：正电极301负电极302、中间电极303；中间电极303采用不同电位。如图3所示，分布式设计理念必须采用三维设计方式，才能够构建网结构电路模型电容器的正电极、负电极、不同电位的中间电极。采用膜片叠加的三维设计，解决了网结构电路电容以分布式形式，构成一体化的电容器。如果没有三维叠加，在卷绕电容的二端只能有正负电极的布局，无法布局中间电极。三维叠加的电容在二端是正负电极布局，二侧就布局了不同电位的中间电极。分布参数的设计结构，使得电容器体内无需导线连接，但是需要设计不同电位的中间电极，由于采用三维设计方式，中间电极也具备了等同于电容正电极、负电极那样的工艺实施条件，电容器正负极与中间电极焊接连接，其中，焊接方式包括：钎焊、峰流焊、喷金工艺的任意一种方法。无论是采用钎焊、峰流焊、喷金工艺的任意一种方法，都可以设计相应的条件，满足焊接需求。
具体地，本发明实施例提供的网结构电路模型电容器中的金属膜片叠层的叠层方式为单张层叠或连续薄膜自动化折叠。不同于卷绕方式，但是采用层叠方式可以是单张层叠或应用连续薄膜的自动化折叠。本发明的叠片电容器产品，可以发展较高自动化程度工艺进行生产，叠片的层叠方式可以是单张层叠或采取连续薄膜自动化折叠，都具备有较高自动化操作的工艺条件。例如:采用自动化作业时可以应用膜带折叠，然后裁剪的方式、采用不同的介质材料和薄膜膜厚度等，因此，本发明范围包括关于这些变化方式而采用网结构电路模型电容器同一原理的应用范围。
网结构电路模型需要高频电压时，需要串联n个单元电容；其中， n>3。具体地，网结构电路模型电容器采用分布式设计所确立的不同电位的中间电极，能够给出合理适宜的电位梯度分布。因此获得本发明电容器，在高频电压电容器中具有的独特优势。
本申请提供的网结构电路模型电容器，通过膜片电极图样的设计和制备，通过三维空间中的合理布局，实现一体电容器。通过正负电极和不同电位的中间电极的工艺试验，通过膜片叠加后一体化电容器的测试，成功的降低了电容器的内部电阻和内部电感，提高了薄膜电容高倍率能量应用的技术特性，具有很好的发展和应用前景。
本发明提供的一种网结构电路模型电容器在降低电容器的内部电阻和内部电感的同时，还可以为高频电压运行电容器，提供一种内部一体化、无引线连接的高压电容器。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (8)
1.一种网结构电路模型电容器，其特征在于，包括：金属化膜片、金属化膜片叠层，以及以分布参数形式嵌入在所述金属化膜片及金属化膜片叠层中的多个单元电容；
所述金属化膜片与所述金属化膜片叠层构成电容器的网结构电路结构；
其中，所述多个单元电容具有等电容量值的单位特征。
2.根据权利要求1所述的网结构电路模型电容器，其特征在于，所述金属化膜片叠层由金属化膜片叠加而成。
3.根据权利要求2所述的网结构电路模型电容器，其特征在于，所述金属化膜片为单面金属化膜片或双面金属化膜片；
所述单面金属化膜片构成单元电容至少需要两层所述单面金属化膜片叠加，所述双面金属化膜片构成所述单元电容需要至少一层所述双面金属化膜片。
4.根据权利要求3所述的网结构电路模型电容器，其特征在于，当采用所述双面金属化膜片进行叠加时，采用左右手系图样的金属化膜片电路进行定位叠加。
5.根据权利要求1所述的网结构电路模型电容器，其特征在于，所述金属膜片叠层的叠层方式为单张层叠或连续薄膜自动化折叠。
6.根据权利要求1所述的网结构电路模型电容器，其特征在于，所述电容器还包括：正负电极、中间电极；
所述中间电极采用不同电位。
7.根据权利要求6所述的网结构电路模型电容器，其特征在于，所述电容器正负极与所述中间电极焊接连接，其中，焊接方式包括：钎焊、峰流焊、喷金工艺的任意一种。
8.根据权利要求1所述的网结构电路模型电容器，其特征在于，当网结构电路模型需要高频电压时，需要串联n个如权利要求1中所述的单元电容；其中，n>3。
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