CN117577450A - 一种金属化薄膜电容器的热处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种金属化薄膜电容器的热处理方法，其中金属化薄膜电容器包括电容芯子，电容芯子为圆芯式或扁芯式，其由至少一个聚丙烯薄膜卷绕而成，电容芯子在卷绕后其上下端分别喷涂有若干个金属层；其中，聚丙烯薄膜表面分布有若干个蒸镀铝层，蒸镀铝层上设置有金属加厚层、且相相邻的蒸镀铝层之间设置有留边。采用多种不同的材料对若干个金属层进行喷涂，从而有效的增加了电容器产品的端面过流能力和散热能力。利用热处理和热压夹具的配合可以有效的保证了电容芯子内外温差小，保证卷绕后的电容芯子内部张力充分释放，保证聚丙烯薄膜内部张力的均匀性，使用范围广、且实用性强。

Description

一种金属化薄膜电容器的热处理方法

分案申请，原案申请号：202210045546.3，申请日：2022年01月15日；发明名称：一种金属化薄膜电容器及其金属层喷涂和热处理方法。

技术领域

本发明涉及一种电容器，具体是一种金属化薄膜电容器的热处理方法。

背景技术

目前传统的金属化薄膜电容器在卷绕成型后，都是直接喷涂纯锌或者锌锡合金两种材料，形成整体的电极面，然后焊接。在现有技术中，受到焊接工艺的限制，电容器端电极材料大多采用锌、锡锌合金，但锌、锌锡合金存在电阻率高和导热系数低的缺点，锌、锡的电阻率分别为59nΩ.m和11.4nΩ.m，锌、锡的导热系数分别为112W/mk、64W/mk；在大电流通过电容器端电极时，会产生电荷载流子（电子或空穴），被介质和电极的陷阱带所俘获，形成陷阱电荷，导致材料结构的破坏，限制了电容器的使用寿命，也限制了电容器更高电流发展，同时薄膜电容器在使用过程中会产生大量的热量，对薄膜电容器产生一定的损伤。

而且，市场上普遍使用的金属化薄膜电容器，在加工过程中使用的热处理方法都是使其聚丙烯薄膜在径向和横向上发生的热收缩，把卷绕残留在薄膜内的水气和空气挤出，以提高卷绕后的电容器芯子薄膜层之间的紧密度。目前，常规的热处理是先预热压，然后采用大气烘箱或真空烘箱进行热处理。但是大气烘箱热处理受热处理夹具和热处理工艺的影响，很难100%将卷绕后残留在薄膜内的水气和空气挤出，且因其空气和水汽无法完全排除，所以导致目前国内的薄膜耐压水平无法提升到薄膜的极限；空烘箱进行热处理的使用功率比较大，环境噪音比较大，工作环境很难使用，同时升温比较缓慢，且因真空空间尺寸空间比较大，内部温度无法达到均匀，所以导致产品在其烘箱内部受热不均，导致其薄膜层之间的空气和水汽无法均匀排除，从而导致电容器芯子热处理一致性很差。

因此，有必要进一步改进。

发明内容

本发明的目的旨在提供一种金属化薄膜电容器的热处理方法，以克服现有技术中的不足之处。

按此目的设计的一种金属化薄膜电容器，包括电容芯子，电容芯子为扁芯式，其由至少一个聚丙烯薄膜卷绕而成，电容芯子在卷绕后其上下端分别喷涂有若干个金属层；其中，聚丙烯薄膜表面分布有若干个蒸镀铝层，蒸镀铝层上设置有金属加厚层、且相相邻的蒸镀铝层之间设置有留边。

金属加厚层与蒸镀铝层之间设置有倾斜过渡层，倾斜过渡层朝留边的方向向下倾斜设置。

金属加厚层为蒸镀在蒸镀铝层表面的蒸镀锌；倾斜过渡层为蒸镀在蒸镀铝层表面的蒸镀锌，其一侧厚度与金属加厚层厚度相同、且二者相连，另一侧厚度呈直线逐渐减少、且与蒸镀铝层表面相连；其中，倾斜过渡层的方阻值在厚度倾斜加大过程中逐步增大。

若干个金属层至少包括三层，并分别为第一层、第二层和第三层；其中，第一层为最底层、且为纯锌金属层或锡锌合金层，第二层为中间层、且为纯铝金属层或纯铜金属层，第三层为表面层、且为纯锌金属层或锡锌合金层。

一种金属化薄膜电容器的热处理方法，包括上述金属化薄膜电容器，其中热处理方法包括以下步骤：

步骤1：电容芯子为扁芯式，并在卷绕后放置在温度为25±5℃、湿度≤30%的净化卷绕房间内4-6小时；

步骤2：将若干个电容芯子逐一放置在热压夹具的每一层上，随后将热压夹具放置在电动压力台或气动压力台上，并施加压力0.35-0.6MPa，使若干个电容芯子压紧后再利用紧固件对热压夹具进行锁紧；

步骤3：将锁紧后的热压夹具放置在烘干设备内，并通过烘干设备的温度变化对若干个电容芯子依次进行升温、保温、再升温、再保湿、降温处理；

步骤4：将热压夹具从烘干设备内取出，并拆开热压夹具，即可完成扁芯式电容芯子的热处理制作。

在步骤2中，热压夹具包括支架，支架上固定设置有定位柱，定位柱设置有至少左右两个、且上部分别设置有螺纹部，至少左右两个定位柱从下往上定位叠放有若干个隔板；若干个电容芯子逐一放置在相邻的隔板之间；位于最上层的隔板上还设置有第一压板和第二压板，第一压板位于第二压板下方、且二者之间设置有弹性件，弹性件套设在定位柱上、且分别弹性作用在第一压板和第二压板上。

电动压力台或气动压力台对第二压板施加压力0.35-0.6MPa，第二压板通过弹性件对第一压板进行压力传递，并通过第一压板和若干个隔板的配合分别对若干个电容芯子进行压紧，然后将紧固件作用在螺纹部上，并对第二压板进行锁紧。

在步骤3中，烘干设备至少为大气烘箱、或隧道炉、或鼓风烘箱，其温度变化包括以下阶段：

第一阶段升温：将室温提升至85℃、且升温时间30-60min；

第二阶段保温：保持85℃、且保温时间2h；

第三阶段升温：将85℃提升至最高温度、且升温时间15-30min，其中最高温度为100℃、105℃、110℃三个温度的某个温度；

第四阶段保温：保持最高温度、且保温时间16-26h；

第五阶段降温：将最高温度降温至50℃以下、且降温时间4-6小时。

本发明通过上述结构的改良，与现有技术相比，具有以下优点：

1、留边的设置能保证电容芯子在卷绕时，多个聚丙烯薄膜之间有一定的绝缘强度，而且能够增大电容芯子的载流截面积，使电容芯子的耐流能力增大，同时能有效地提高电容芯子的耐高压安全距离，避免爬电产生飞弧。

2、采用若干个金属层做电极，能提高电容芯子的耐压强和自愈性能，同时还减少电容芯子并联的焊点数，降低虚焊的故障率。

3、在蒸镀铝层上设置有金属加厚层，同时在二者之间设置有倾斜过渡层，不但减少电容器成品的损耗和ESR，而且还能增强电容器成品的耐电流能力和脉冲寿命等级，同时也能降低产品体积，增加产品能量密度比。

4、电容芯子在卷绕完成后静止放置4-6小时，能使卷绕后的电容芯子内部张力充分释放，保证多个聚丙烯薄膜之间的间隙内部张力的均匀性；而且热处理时采用递变式逐步升温的方式对电容芯子进行定型和降温，能避免多个聚丙烯薄膜因温度快速变化导致的收缩不一致问题，从而保证多个聚丙烯薄膜的收缩稳定性和一致性；同时热处理时采用的热压夹具利用了弹性件的压力递加方式对若干个电容芯子进行施压，使若干个电容芯子能够进行压紧，以避免电容器产品在定型过程中，因聚丙烯薄膜的收缩导致电容芯子厚度变小的问题，有效地保证了在烘干设备内的电容芯子内部的空气充分排除，保证多个聚丙烯薄膜之间的紧密度。

5、可广泛地适用于不同的行业产品，例如高压变频器、轨道交通、新能源等，特别是对于高储能脉冲电容器行业产品的能量提升和产品的一致性保证起到关键作用。

附图说明

图1为本发明的聚丙烯薄膜第一应用例结构示意图。

图2为本发明的聚丙烯薄膜第二应用例结构示意图。

图3为本发明的聚丙烯薄膜第三应用例结构示意图。

图4为扁芯式电容芯子结构示意图。

图5为扁芯式电容芯子剖视结构示意图。

图6为图5中的B处放大结构示意图。

图7-图9为扁芯式电容芯子的金属层喷涂放置过程示意图。

图10为热压夹具结构示意图。

图11为热压夹具剖视结构示意图。

图12为电动压力台、热压夹具装配结构示意图。

图13为气动压力台、热压夹具装配结构示意图。

图14、图15为电容芯子放置在大气烘箱内过程示意图。

图16为电容芯子放置在隧道炉内示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述。

参见图1-图16，本金属化薄膜电容器，包括电容芯子1，电容芯子1为圆芯式或扁芯式，其由至少一个聚丙烯薄膜2卷绕而成，电容芯子1在卷绕后其上下端分别喷涂有若干个金属层；其中，聚丙烯薄膜2表面分布有若干个蒸镀铝层3，蒸镀铝层3上设置有金属加厚层4、且相相邻的蒸镀铝层3之间设置有留边5。

留边5的设置能保证电容芯子1在卷绕时，多个聚丙烯薄膜2之间有一定的绝缘强度，而且能够增大电容芯子1的载流截面积，使电容芯子1的耐流能力增大，同时能有效地提高电容芯子1的耐高压安全距离，避免爬电产生飞弧。

金属加厚层4与蒸镀铝层3之间设置有倾斜过渡层6，倾斜过渡层6朝留边5的方向向下倾斜设置。

金属加厚层4为蒸镀在蒸镀铝层3表面的蒸镀锌；倾斜过渡层6为蒸镀在蒸镀铝层3表面的蒸镀锌，其一侧厚度与金属加厚层4厚度相同、且二者相连，另一侧厚度呈直线逐渐减少、且与蒸镀铝层3表面相连；其中，倾斜过渡层6的方阻值在厚度倾斜加大过程中逐步增大。

如图1所示，电容芯子1由一个聚丙烯薄膜2卷绕而成，聚丙烯薄膜2表面分布有两个蒸镀铝层3，留边5设置在两个蒸镀铝层3之间、以及右端的聚丙烯薄膜2上，同时左侧的蒸镀铝层3上设置有金属加厚层4，该金属加厚层4向右侧设置有倾斜过渡层6。

如图2所示，电容芯子1由两个聚丙烯薄膜2卷绕而成。

位于上方的聚丙烯薄膜2表面分布有三个蒸镀铝层3，留边5设置在相邻的蒸镀铝层3之间，同时左右两端的蒸镀铝层3外端均设置有金属加厚层4，中间位置的蒸镀铝层3中部位置设置有金属加厚层4。

位于下方的聚丙烯薄膜2表面分布有两个蒸镀铝层3，留边5设置在相邻的蒸镀铝层3之间、以及左右两端的聚丙烯薄膜2上，同时两个蒸镀铝层3的中部位置均设置有金属加厚层4。

如图3所示，电容芯子1由两个聚丙烯薄膜2卷绕而成。

位于上方的聚丙烯薄膜2表面分布有三个蒸镀铝层3，留边5设置在相邻的蒸镀铝层3之间，同时左右两端的蒸镀铝层3外端均设置有金属加厚层4，左端的金属加厚层4向右侧设置有倾斜过渡层6，右端的金属加厚层4向左侧设置有倾斜过渡层6，中间位置的蒸镀铝层3中部位置设置有金属加厚层4，中部位置的金属加厚层4分别向左右侧设置有倾斜过渡层6。

位于下方的聚丙烯薄膜2表面分布有两个蒸镀铝层3，留边5设置在相邻的蒸镀铝层3之间、以及左右两端的聚丙烯薄膜2上，同时两个蒸镀铝层3的中部位置均设置有金属加厚层4，两个金属加厚层4均向左右侧设置有倾斜过渡层6。

在蒸镀铝层3上设置有金属加厚层4，同时在二者之间设置有倾斜过渡层6，不但减少电容器成品的损耗和ESR，而且还能增强电容器成品的耐电流能力和脉冲寿命等级，同时也能降低产品体积，增加产品能量密度比。

若干个金属层至少包括三层，并分别为第一层7、第二层8和第三层9；其中，第一层7为最底层、且为纯锌金属层或锡锌合金层，第二层8为中间层、且为纯铝金属层或纯铜金属层，第三层9为表面层、且为纯锌金属层或锡锌合金层。

采用若干个金属层做电极，能提高电容芯子1的耐压强和自愈性能，同时还减少电容芯子1并联的焊点数，降低虚焊的故障率。

一种金属化薄膜电容器的热处理方法，包括上述金属化薄膜电容器，其中热处理方法包括以下步骤：

步骤1：电容芯子1为扁芯式，并在卷绕后放置在温度为25±5℃、湿度≤30%的净化卷绕房间内4-6小时；

步骤2：将若干个电容芯子1逐一放置在热压夹具13的每一层上，随后将热压夹具13放置在电动压力台14或气动压力台15上，并施加压力0.35-0.6MPa，使若干个电容芯子1压紧后再利用紧固件16对热压夹具13进行锁紧；

步骤3：将锁紧后的热压夹具13放置在烘干设备内，并通过烘干设备的温度变化对若干个电容芯子1依次进行升温、保温、再升温、再保湿、降温处理；

步骤4：将热压夹具13从烘干设备内取出，并拆开热压夹具13，即可完成扁芯式电容芯子1的热处理制作。

在步骤2中，热压夹具13包括支架17，支架17上固定设置有定位柱18，定位柱18设置有至少左右两个、且上部分别设置有螺纹部，至少左右两个定位柱18从下往上定位叠放有若干个隔板19；若干个电容芯子1逐一放置在相邻的隔板19之间；位于最上层的隔板19上还设置有第一压板20和第二压板21，第一压板20位于第二压板21下方、且二者之间设置有弹性件22，弹性件22套设在定位柱18上、且分别弹性作用在第一压板20和第二压板21上。

电动压力台14或气动压力台15对第二压板21施加压力0.35-0.6MPa ，第二压板21通过弹性件22对第一压板20进行压力传递，并通过第一压板20和若干个隔板19的配合分别对若干个电容芯子1进行压紧，然后将紧固件16作用在螺纹部上，并对第二压板21进行锁紧。

具体地讲，将若干个扁芯式电容芯子1分别整齐居中放置在相邻的隔板19之间，扁芯式电容芯子1除上下两个表面外，其余侧面应与定位柱18之间保持≥5mm的距离。每层扁芯式电容芯子1通过隔板19依次叠加上去，距离50mm左右时放置第一压板20，然后在第一压板20上的左右定位柱18上分别套设弹性件22，弹性件22的线径≥1.5mm，以保证其产生的弹性作用力。如图12所示，将装有若干个电容芯子1的热压夹具13放置在电动压力台14上，也可以如图13所示，将装有若干个电容芯子1的热压夹具13放置在气动压力台15上，随后在弹性件22上放置第二压板21，然后施加压力0.4-0.6MPa，将若干个电容芯子1压紧后，直接放一个垫片25和紧固件16对第二压板21进行锁紧，以保证了每层扁芯式电容芯子1在厚度方向所承受的压力F≥150kg。重复上述操作，获得一系列的装有若干个电容芯子1的热压夹具13，以便后续的生产。

隔板19为铝镀锌或者1mm不锈钢镀锌。第一压板20和第二压板21分别采用不锈钢板镀锌氧化处理。热压夹具13在加工时必须进行抛光处理，以保证隔板19、第一压板20和第二压板21的整体平整度和光滑度，再进行镀锌处理，有效增加热压夹具13的硬度和光滑度。

在步骤3中，烘干设备至少为大气烘箱23、或隧道炉24、或鼓风烘箱，其温度变化包括以下阶段：

第一阶段升温：将室温提升至85℃、且升温时间30-60min；

第二阶段保温：保持85℃、且保温时间2h；

第三阶段升温：将85℃提升至最高温度、且升温时间15-30min，其中最高温度为100℃、105℃、110℃三个温度的某个温度；

第四阶段保温：保持最高温度、且保温时间16-26h；

第五阶段降温：将最高温度降温至50℃以下、且降温时间4-6小时。

在第三阶段升温、第四阶段保温中，最高温度的设置、保温时间的长短与电容芯子1的尺寸相关，可以参考如下：

1、聚丙烯薄膜尺寸宽度≤75mm*电容芯子厚度≤25 mm *电容芯子宽度≤135mm，最高温度100℃、且保温时间16-20h。

2、聚丙烯薄膜尺寸宽度≤75-120mm*电容芯子厚度≤25 mm *电容芯子宽度≤135mm，最高温度105℃、且保温时间20-24h。

3、聚丙烯薄膜尺寸宽度≤120-150 mm *电容芯子厚度≤25mm*电容芯子宽度≤135mm, 最高温度105℃、且保温时间24-26h。

如图14、图15所示，装有若干个电容芯子1的热压夹具13整齐放入流转车26内，流转车26底部有个定向滚轮27，大气烘箱23内底部有卡槽28，流转车26通过定向滚轮27推入大气烘箱23的卡槽28上。

如图16所示，装有若干个电容芯子1的热压夹具13可以直接整齐放入隧道炉24内。

上述的热处理方法与现有技术相比，具有以下优点：

1、电容芯子1在卷绕完成后静止放置4-6小时，能够保证卷绕后的电容芯子1内部，因卷绕张力导致聚丙烯薄膜2的收缩力不一样的问题，从而保证卷绕后的电容芯子1内部张力充分释放，保证聚丙烯薄膜2内部张力的均匀性。

2、热处理操作采用递变式逐步升温的方式定型和降温，避免了多个聚丙烯薄膜2因温度快速变化导致的薄膜收缩不一致的问题，保证了多个聚丙烯薄膜2的收缩一致性。

3、热压夹具13采用压力递加的方式，保证了电容器产品在定型过程中，因聚丙烯薄膜2的收缩导致电容芯子1的厚度变小，弹性件22同步就会扩张，第一压板20和第二压板21对电容芯子1的压力不变，保证了第一压板20和第二压板21能够充分将电容芯子1压紧，从而确保在烘干设备内的电容芯子1内部的空气充分排除，保证多个聚丙烯薄膜2之间的紧密度。

4、此热处理和热压夹具13的配合可以有效的保证了电容芯子1内外温差小，而热压夹具13和电容芯子1处于大气中，能保证电容芯子1受热均匀。

5、采用流转车26的方案可以有效的保证了电容芯子1的快速流转，减少其流转时间，提高生产效率，实现连续式生产。

6、有效的保证了扁芯式电容芯子1的结构稳定性，特别是特殊的大扁芯结构产品的耐压提升大于或等于圆芯结构耐压水平，在特殊的应用行业，例如高压变频器、轨道交通、新能源等行业的扁芯结构产品，特别是对高储能脉冲电容器行业产品的能量提升和产品的一致性保证起到关键作用。同时为金属化薄膜电容器在高储能脉冲行业、直流支撑行业、电力电子行业等应用领域产品高密度、小型化、轻型化提供了坚实工业基础。特别可以适用于微波炉的电容器上。

上述为本发明的优选方案，显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本领域的技术人员应该了解本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (3)

1.一种金属化薄膜电容器的热处理方法，所述金属化薄膜电容器包括电容芯子（1），电容芯子（1）为扁芯式，其由至少一个聚丙烯薄膜（2）卷绕而成，电容芯子（1）在卷绕后其上下端分别喷涂有若干个金属层；其中，聚丙烯薄膜（2）表面分布有若干个蒸镀铝层（3），蒸镀铝层（3）上设置有金属加厚层（4）、且相相邻的蒸镀铝层（3）之间设置有留边（5）；

金属加厚层（4）与蒸镀铝层（3）之间设置有倾斜过渡层（6），倾斜过渡层（6）朝留边（5）的方向向下倾斜设置；

金属加厚层（4）为蒸镀在蒸镀铝层（3）表面的蒸镀锌；倾斜过渡层（6）为蒸镀在蒸镀铝层（3）表面的蒸镀锌，其一侧厚度与金属加厚层（4）厚度相同、且二者相连，另一侧厚度呈直线逐渐减少、且与蒸镀铝层（3）表面相连；其中，倾斜过渡层（6）的方阻值在厚度倾斜加大过程中逐步增大；

若干个金属层至少包括三层，并分别为第一层（7）、第二层（8）和第三层（9）；其中，第一层（7）为最底层、且为纯锌金属层或锡锌合金层，第二层（8）为中间层、且为纯铝金属层或纯铜金属层，第三层（9）为表面层、且为纯锌金属层或锡锌合金层；

其特征在于：热处理方法包括以下步骤：

步骤1：电容芯子（1）为扁芯式，并在卷绕后放置在温度为25±5℃、湿度≤30%的净化卷绕房间内4-6小时；

步骤2：将若干个电容芯子（1）逐一放置在热压夹具（13）的每一层上，随后将热压夹具（13）放置在电动压力台（14）或气动压力台（15）上，并施加压力0.35-0.6MPa，使若干个电容芯子（1）压紧后再利用紧固件（16）对热压夹具（13）进行锁紧；

步骤3：将锁紧后的热压夹具（13）放置在烘干设备内，并通过烘干设备的温度变化对若干个电容芯子（1）依次进行升温、保温、再升温、再保湿、降温处理；

步骤4：将热压夹具（13）从烘干设备内取出，并拆开热压夹具（13），即可完成扁芯式电容芯子（1）的热处理制作。

2.根据权利要求1所述金属化薄膜电容器的热处理方法，其特征在于：

在步骤2中，热压夹具（13）包括支架（17），支架（17）上固定设置有定位柱（18），定位柱（18）设置有至少左右两个、且上部分别设置有螺纹部，至少左右两个定位柱（18）从下往上定位叠放有若干个隔板（19）；若干个电容芯子（1）逐一放置在相邻的隔板（19）之间；位于最上层的隔板（19）上还设置有第一压板（20）和第二压板（21），第一压板（20）位于第二压板（21）下方、且二者之间设置有弹性件（22），弹性件（22）套设在定位柱（18）上、且分别弹性作用在第一压板（20）和第二压板（21）上；

电动压力台（14）或气动压力台（15）对第二压板（21）施加压力0.35-0.6MPa，第二压板（21）通过弹性件（22）对第一压板（20）进行压力传递，并通过第一压板（20）和若干个隔板（19）的配合分别对若干个电容芯子（1）进行压紧，然后将紧固件（16）作用在螺纹部上，并对第二压板（21）进行锁紧。

3.根据权利要求1所述金属化薄膜电容器的热处理方法，其特征在于：

在步骤3中，烘干设备至少为大气烘箱（23）、或隧道炉（24）、或鼓风烘箱，其温度变化包括以下阶段：

第一阶段升温：将室温提升至85℃、且升温时间30-60min；

第二阶段保温：保持85℃、且保温时间2h；

第三阶段升温：将85℃提升至最高温度、且升温时间15-30min，其中最高温度为100℃、105℃、110℃三个温度的某个温度；

第四阶段保温：保持最高温度、且保温时间16-26h；

第五阶段降温：将最高温度降温至50℃以下、且降温时间4-6小时。