CN1334955A - 用于薄膜电容器的薄膜和薄膜电容器 - Google Patents
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Abstract
讲述一种用于薄膜电容器的薄膜,它由电绝缘的载体膜和敷设于其上的导电层构成,其中所述的导电层在薄膜电容器中形成电极,而载体膜则形成电介质。本发明的特征在于:所述的导电层(2)被构造得尽可能地薄,并在所述导电层(2)上装设至少一个电流线路(4,5)以便减小表面总电阻,所述的电流线路具有比所述导电层低的表面电阻。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于薄膜电容器的薄膜，所述薄膜由一种电绝缘的载体膜和敷设于该载体膜之上的导电层构成，其中所述的导电层在该薄膜电容器内形成电极，而所述载体膜则形成电介质。另外，本发明还涉及一种用该薄膜实施的薄膜电容器。
现有技术
电容器尤其以薄膜电容器的形式而被制造用于大量的电容领域，其中电介质由塑料薄膜组成。电极由两个导电的金属面构成。所述的两个金属面由薄的金属膜制成，或由蒸镀在膜上的金属层构成。后面提到的电容器具有自愈作用，也就是说，在电击穿或穿透的情况下，金属层会蒸发到放电的周围或为此而设的附近位置上。由此使有效区域被减小，其中虽然轻微地减小了电容，但该电容器仍然可以使用。
在US5136462和FR8911713中曾讲述过一种用于薄膜电容器的薄膜，它具有划分成单个段的金属敷层，而不是连贯的金属敷层。所述的单个段具有较小的表面电阻，且这些段由不导电的沟状缝隙相互隔开，并仅通过狭窄的电桥作相互电连接。该狭窄的电桥被用作保护装置，在电击穿的情况下，由该电桥将有关的段同其余的段分隔开，使得由电击穿引起的损害只局限在单个或几个段的范围内。具有这种分段薄膜的电容器对应着几千个单个的并联电容器。
在EP0813213A1的分段薄膜电容器中，各段之间的缝隙是利用一种导电薄层来覆盖的。该薄层的作用是扩大有效面积和避免在电极段与未敷设的缝隙之间的边沿处产生过高的场。导电的缝隙的任务在于，在电极段内发生电击穿的情况下提高该电极段周围内的阻抗和中断能量供给。在此，所述导电薄层的面积部分相对于所述电极段越大，则所述薄膜电容器的等效串联电阻就越大，由此也便提高了电损耗和所述电容器内的温度。而电容器内的较高温度会引起老化现象的加快。
WO 94/19813曾公开过一种薄膜电容器，它具有一种介电薄膜和镀敷其上的连贯的电极。所述的电极按照考虑而被构造得较薄，并具有相应高的表面电阻5～300欧姆。由于该较高的表面电阻，相对于上面讲述的分段薄膜电容器可以实现更好的介电强度或更高的击穿电压。
发明叙述
因此本发明所基于的任务是创造一种用于薄膜电容器的薄膜和一种设有该薄膜的薄膜电容器，它们只经受极小的老化现象。
该任务由具有权利要求1的特征部分的薄膜和具有权利要求8的特征部分的薄膜电容器来实现。本发明的优选扩展方案由从属权利要求给出。
本发明的特征在于，在具有作为电极的导电层和敷设于该层之上的电流线路结构的电容器薄膜中，所述层的表面电阻被选得尽可能地大，而所述电流线路结构的表面电阻则选得尽可能地小。在击穿的情况下，所述的第一种措施只带来较小的电容损耗，第二种措施则可以导致电极和电流线路结构的表面总电阻减小。由此减小了所述电容器薄膜的欧姆损耗，并从而降低了升温。所以上述两种措施对老化现象是有正面作用的。
本发明用于薄膜电容器的薄膜的导电层具有较高的表面电阻。当电击穿时，该高的表面电阻限制了所述导电层的蒸发表面区域，由此只轻微地损害所述电容器的有效电极表面和其电容。另外，击穿电压被提高了，在击穿时只有局部较少的电能被转换成热。利用本发明的优选为主辅电流线路形式的电流线路结构，可以相对于所述导电层的表面电阻制作一个较低的表面总电阻。该较低的表面总电阻降低了电流流经电容器时的欧姆损耗，并由此降低了电容器内的升温，所以这对取决于温度的电容老化起到了正面作用。
所述的电流线路结构优选地由与所述导电层相同或不同的导电材料组成，而且具有一个凸出在所述导电层上方的轮廓。所述单个的、优选构造为条形的电流线路被细分为主辅电流线路，并形成条形构造的电极结构。优选地，所述电流线路结构的表面电阻至少以因数20相对于所述导电层的表面电阻而被降低。这样，所述的电流线路结构在面积上可以只较少地覆盖所述电极层的10％以下，而不会在所需的表面总电阻降低方面带来损失。所述的电流线路实施得越狭窄和/或越稀疏，则所述电容器薄膜的自愈(高电阻)电极表面降低得越少。利用所述较低的表面总电阻和所述的薄电极层，设有本发明电容器薄膜的薄膜电容器在自愈特性最优化的同时，还具有较好的导电性能，这便提高了寿命期望值。
附图简述
不失本发明思想的一般性，下面参考附图并借助实施例来举例阐述本发明。图中：
图1～3分别示出了本发明电容器薄膜的一个区域的俯视图，以及
图4示出了按本发明构造的电容器薄膜的、未按比例画出的截面图。
实施本发明的方法
图1用俯视图示出了用于薄膜电容器的本发明薄膜的实施例。该薄膜由载体膜1和敷设于其上的导电层2组成。优选地，所述的导电层2构造为金属层，但导电塑料也适合于构成该层。
相反，载体膜1是由电绝缘的塑料材料制成。而且已知可以采用纸膜作为载体材料。
图1所示的薄膜具有一个左纵向边沿3，载体膜1沿着该纵向边沿脱离导电层2，相反，所述薄膜的右边缘设有主电流线路4。在该主电流线路的整个长度上，从外部接触和馈给该电容器薄膜。从所述的主电流线路4垂直分支出辅助电流线路5，该辅助电流线路相互平行，且以均匀的间距a布置。所述由主电流线路4和辅助电流线路5组成的电流线路结构所具有的表面电阻比导电层2要小得多，原因是它的厚度比层2大。这尤其可以从下面还将继续讲述的图4中明显地看出来。
导电层2和主辅电流线路4、5可以由单独的金属敷层构成，而只是厚度不同而已。但是，优选地构造为金属层的导电层2和电流线路4、5也可以由不同的金属构成。譬如有利的做法是，层2由锌构成而主辅电流线路4、5则由铝构成，这是因为铝有较高的导电性而可使主辅电流线路4、5的厚度保持很小。为了替代通过镀敷金属而制造的电流线路，也可以采用由金属膜组成的主辅电流线路4、5。
优选地，如此来布置所述的主辅电流线路4、5，使得所述的导电层2被划分为多个子区6，并至少在一个方向上限定该子区的延伸，以便存储在层2内的电荷可以通过较短的通路而导往所述的主辅电流线路4、5。在图1所示的实施例中，所述的辅助电流线路5的间距为a，使得层2的每个点距离最近的电流线路不宽于a/2。由此，存储在层2内的电荷被导往电流线路时所经过的通路被限定在a/2。构造在电流线路5之间的子区6可以选择为任意的形状，譬如条形、方形、菱形，等等。
所述导电层2的表面电阻应至少为5欧姆，并优选地大于20欧姆。此表面电阻越高，在电击穿时所述构成电容电极的层2的被破坏表面区域便越小。
对于文章开头所讲述的常规分段的电极，在电击穿之后，通常整个段有大于1cm2的大小是不能使用的。在当前所选的电极具有较高表面电阻的情况下，每次电击穿所蒸发的面积被限制为小于1mm2。因此，电击穿会较少地损害所述薄膜电容器的电容，从而使所述电容器的降解或取决于击穿的老化作用变为极小。
为了防止薄电极在工作时过量升温，在所述的电极层上设有一种用于减小表面总电阻的电流线路结构。在此，单个电流线路的表面电阻越小，到电极的所选覆盖率可以越低，而不会由此带来所述电极和电流线路的表面总电阻被降低的危险。较小的覆盖率也意味着所述敷设较薄的自愈电极表面具有最大的延伸，也就是说，所述的电流线路对电极的自愈质量影响最小。相应地，通过较少和/或狭窄的辅助电流线路来实现所需的覆盖少于剩余电极表面的10％。在本发明电容器薄膜的一种典型的实施例中，所述导电层的表面电阻为70欧姆，而所述电流线路的表面电阻为0.5欧姆。由此可以得出，在间距a为3cm、辅助电流线路宽度为0.1cm、以及薄膜宽度b为15cm的情况下，经不同方向在所述的电极表面内所测得的平均表面总电阻为22欧姆。
文章开头所讲述的具有分段电极的薄膜电容器譬如在每个子区内具有7欧姆的表面电阻。利用所述狭窄的电桥，表面总电阻被提高约3.4倍，也即其为24欧姆。尽管在已知薄膜电容器中的局部表面电阻要远远小于本发明的电容器，但本发明薄膜的表面总电阻却小于所述已知电容器薄膜的表面总电阻。
由于所述局部表面电阻越小，由电击穿所带来的电容损耗和老化就越厉害，而且所述的表面总电阻越小，导电性能就越好，所以，本发明的薄膜和由本发明薄膜构成的电容器在老化和其导电性能方面都得到了最优化。
上面所给出的是所述辅助电流线路的间隔a为3cm、且薄膜的宽度为15cm的实施例。所述的间距a可以在2～15cm的范围内变化，而所述的宽度b则可以在3～30cm的范围内变化。所述辅助电流线路5的宽度小于10mm，优选地为小于3mm。
如果所述的导电层2和主辅电流线路4、5都由锌构成，则层2的厚度小于200埃，而所述电流线路的厚度大于4000埃。如果敷设在所述载体膜1上的导电层2由锌制成，而所述的主辅电流线路4、5由铝或锌/铝合金组成，那么所述的导电层2的厚度小于200埃，而所述电流线路的厚度大于2700埃。如同上文所述，在可能范围内可以力图使表面电阻比大于20。
图2示出了用于薄膜电容器的本发明薄膜1的另一实施例。该薄膜基本上与图1所示的薄膜是一致的，因此相同的元件是用相同的参考符号来标示的。它们的不同之处在于，在所述辅助电流线路5和主电流线路4的连接区设有一个用作保护装置的缩小处7。当在电流线路5的范围内发生非自愈的电击穿时，该缩小处可以被用来作为附加保护。
本发明的电容器可以由两个用金属层单侧镀敷的载体膜卷制而成，其中两个金属层均构成一个电极，由塑料组成的载体膜被用作介电隔离，或者，该电容器由一个两侧镀敷有金属层的载体膜和一个未镀敷的薄膜卷制而成，其中由所述的两个金属层构成电极，并把所述未镀敷的附加薄膜用作绝缘器。不管怎样包卷电容器和由哪些薄膜来包卷，在截面上都可以得出一系列的层，这些层均由介电隔离的塑料材料和作用为电极的金属层组成。
在多层的薄膜电容器中，有必要在相继各层的电流线路之间避免不能自愈的电击穿。为此，令人满意的做法就是使相继各层的主辅电流线路4、5不是恰好上下放置，而是相互错开的。此外，这还取决于包卷过程和电流线路结构之间的足够协调。
在包卷过程之前，优选地在每第二个单倍镀敷的薄膜上或在每个双倍镀敷的薄膜的背面上，所述的主电流线路被装设在反面的薄膜边缘。于是，图1所示的辅助电流线路交替地从左右边缘出发，分别延伸到一个由反电极的辅助电流线路定义的子区6内。
图3示出了一个视图，其中附加的辅助电流线路5’平行于所述薄膜内的主电流线路。辅助电流线路5将辅助电流线路5’与主电流线路4连接起来。虚线所示的是背侧反电极的辅助电流线路5”、5”’。由于在该实施例中电流线路结构总是只限于所述薄膜的一半，所以在任何情况下都不会产生重叠。
图4示出了按本发明进行构造的薄膜的截面图。在所述的载体膜1上，利用已知的镀敷技术敷设一个导电层2，如同上面的实施例所示，该导电层被实施为金属层。显然，也可以为该导电层2采用导电塑料。
直接毗邻于所述导电层2的表面而在该表面上装设一些主辅电流线路4、5形式的凸形电流线路结构，该电流线路结构要么与所述的导电层2一起作整体构造，要么事后敷设在该层2上。在每种情况下，所述的电流线路结构都优选地被构造成延伸于所述表面之上的条形4、5，并与层2形成电连接。利用构造为条形的主辅电流线路4、5的凸出而扩大了其厚度，由此相对于导电层2内的电阻而降低了所述的表面电阻。
本发明在上文是借助多个实施例来进行详细讲述的；但本发明并不局限于这些实施例。在本发明的范围内，所述的载体膜可以由聚丙烯、聚苯乙烯、聚酯、聚碳酸酯、PET、PEN、乙酸纤维或漆膜等构成；所述的金属层和电流线路可以由锌、铝、银、金、铜、镁或由多种这种金属制成的合金构成；为了代替高阻值的金属层，也可以装设导电的塑料。所述薄膜的形状不必是条形的，而可以按需要采取任意的形状。
所述的电流线路、尤其是所述的辅助电流线路可以在其电阻值上构造一个梯度。该电阻梯度可以通过改变所述线路的成份、宽度和/或厚度来进行设置。优选地，将所述的辅助电流线路5构造成其电阻沿指向相应主电流线路4的方向降低。在该情形下，力图在电流线路结构和电极层之间获得的表面电阻比涉及到所述辅助电流线路的最厚处。
参考符号清单
1 载体膜
2 导电层
3 纵向边沿
4 主电流线路
5 辅助电流线路
6 子区
7 缩小处
按照条约第19条的修改
1.用于薄膜电容器的薄膜，具有构造为电介质的电绝缘的载体膜(1)和一个敷设于其上的导电层(2)，所述的导电层被用作电极，其中在所述的层(2)上构造了至少一个电流线路结构，
其特征在于：所述的导电层(2)具有至少为5欧姆、优选为大于20欧姆的高表面电阻，以便减小取决于击穿的电容损耗；而且，为了减小表面总电阻，所述的至少一个电流线路结构具有比所述导电层(2)低的表面电阻。
3.如权利要求1所述的薄膜，其特征在于：
所述的电流线路结构具有至少一个主电流线路(4)和多个从所述主电流线路(4)分支的辅助电流线路(5)。
4.如权利要求3所述的薄膜，其特征在于：
所述的薄膜构造为条形，而且所述的至少一个主电流线路(4)沿着所述薄膜的纵向边沿(3)延伸。
5.如权利要求3所述的薄膜，其特征在于：
所述的辅助电流线路(5)在其最厚的位置处具有如下的表面电阻，即该表面电阻小于所述导电层(2)的表面电阻20倍以上。
Claims (10)
1.用于薄膜电容器的薄膜，具有构造为电介质的电绝缘的载体膜(1)和一个敷设于其上的导电层(2)，所述的导电层被用作电极，其中在所述的层(2)上构造了至少一个电流线路结构，
其特征在于：所述的导电层(2)具有较高的表面电阻，以便减小取决于击穿的电容损耗；而且，为了减小表面总电阻，所述的至少一个电流线路结构具有比所述导电层(2)低的表面电阻。
2.如权利要求1所述的薄膜，其特征在于：
所述导电层(2)的表面电阻至少为5欧姆，优选为大于20欧姆。
3.如权利要求1所述的薄膜，其特征在于：
所述的电流线路结构具有至少一个主电流线路(4)和多个从所述主电流线路(4)分支的辅助电流线路(5)。
4.如权利要求3所述的薄膜，其特征在于：
所述的薄膜构造为条形，而且所述的至少一个主电流线路(4)沿着所述薄膜的纵向边沿(3)延伸。
5.如权利要求3所述的薄膜，其特征在于：
所述的辅助电流线路(5)在其最厚的位置处具有如下的表面电阻，即该表面电阻小于所述导电层(2)的表面电阻20倍以上。
6.如权利要求3所述的薄膜，其特征在于：
所述的辅助电流线路最多覆盖所述导电层(2)的10％。
7.如权利要求3所述的薄膜，其特征在于：
所述的电流线路结构具有至少一个被用作保护装置的缩小处(7)。
8.具有电极及电介质的薄膜电容器，其特征在于：
至少一个电极和所述薄膜电容器的电介质是用权利要求1～7之一所述的薄膜来构造的。
9.如权利要求8所述的薄膜电容器，其特征在于：
所述的电容器是由两个用导电层(2)单侧镀敷的载体膜(1)构成的，其中所述的两个导电层(2)均构成一个电极，而且所述的载体膜(1)被用作介电隔离，或者，所述的电容器由一个两侧镀敷有导电层(2)的载体膜(1)和一个未镀敷的薄膜卷制而成，其中在截面上形成一系列的层，所述的这些层由电绝缘材料和用作电极的导电层组成。
10.如权利要求9所述的薄膜电容器，其特征在于：
两个相邻层的主辅电流线路(4、5或4’、5’)在布置时相互错开。
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