CN1753114A - 一种渐变方阻金属化膜和包含该金属化膜的电容器 - Google Patents
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Abstract
本发明一种渐变方阻金属化膜和包含该金属化膜的电容器，其渐变方阻金属化膜，包括聚合物基膜，和在该基膜上形成的由Al和Zn构成的金属镀层，镀层的厚度在基膜宽度方向由两侧向中间逐渐加厚，使得其方阻由两侧向中间逐渐减小。用该金属化膜制作的电容器各区域自愈点发热量较均匀，提高电容器的使用寿命，及自愈性能及耐压性能，并可降低电容器生产成本。
Description
所属技术领域 本发明涉及金属化膜和包括该金属化膜的电容器。
背景技术 使用高聚合物薄膜的电容器因其具有高耐压和良好的温度和频率特性而广泛使用。这种薄膜一般是在聚合物基膜上形成的主要由Al和Zn构成的汽相淀积层，所以这种薄膜一般称为金属化膜，聚合物基膜一般采用聚丙烯BOPP(简称Film)，也可用聚酯PET、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚乙烯等，其Al和Zn镀层一般是在高真空状态下，通过汽相淀积法先镀Al，再在Al层上蒸底Zn层形成。金属化膜一般有普通型和边缘加厚型两种类型，普通金属化膜在基膜宽度方向除两端没有镀层的屏带区外的中间活动区镀层厚度均匀，其方阻(方阻Rs是长度和宽度相等时一个正方形方块镀层的电阻Rs＝ρ*(L/S)＝ρ*(L/(w*d))＝(ρ/d)*(L/w)＝ρ/d，其中ρ为电阻率，L为镀层长度，s为镀层宽度，d为镀层厚度)相同；边缘加厚金属化膜在普通金属化膜活动区镀层的中间段加厚形成加厚区(方阻一般在2-4Ω/□)，加厚区两侧为活动区(方阻一般在7.5Ω/□)，活动区镀层厚度保持不变，如图1所示，在中间形成方阻较小的加厚区即C区，目的是制作电容器时减小喷金接触电阻，减小电容器的损耗，两侧依次是活动区即b区、屏带区即a区。
用这种金属化膜制作的电容器，其耐压性能与活动区金属镀层的自愈(自愈：金属化薄膜介质局部击穿后立即本能地恢复到击穿前的电性能现象)能力相关，金属镀层的自愈能力越强其耐压性能越好，而金属镀层的自愈能力与镀层厚度直接相关，金属镀层厚度薄，其自愈所需能量少，自愈容易，但由于金属镀层厚度越薄，导致其方阻增大，其载流量减小，电容器容易发热导致失效；反之，若镀层越厚，其方阻减小，其载流量虽然得以提高，但是金属镀层所需自愈能量较大，自愈困难，当有自愈点时，由于不能够迅速自愈，电弧产生的热量会引起该点邻近层介质发热，介电强度下降，从而发生击穿，进而引起该点邻近多层介质企图自愈和击穿，连续自愈和击穿产生的大量气体就会使电容器外壳鼓胀直至破裂，导致电容器击穿。为了兼顾金属化膜载流量与自愈能量，通常选择增加介质厚度来增加抗电强度，采用较厚的镀层厚度来保证载流量。如图2和图3所示，当电容器中有疵点3、4存在时，膜1和膜2自愈后形成的空白区域5基本相同，其电流密度分布特点：由电极边缘至屏带处电流密度呈递减趋势。当电极附近区域即图中膜1的B区域、膜2的A区域有疵点自愈后形成空白区后，金属镀层面积减小，电阻增加，由于此处电流大，电容器发热量增加较多，促使电容器早期失效。
发明内容 本发明所要解决的是上述金属化膜由于金属镀层厚度均匀、方阻相同，在电容器内其电流密度呈递减趋势分布的情况下在不同区域因自愈导致发热量不同，局部(靠近电极区域由于电流密度大而导致)发热量大，致使电容器早期失效的问题。
本发明人经过反复研究发现，如果按电流密度分布趋势改变金属化膜的方阻，使载流量随电流密度递减而递减，就可以很好地解决上述问题。
本发明一种渐变方阻金属化膜，包括聚合物基膜，和在该基膜上通过汽相淀积法形成的主要由Al和Zn构成的金属镀层，镀层的厚度在基膜宽度方向由两侧向中间逐渐加厚，使得其方阻由两侧向中间逐渐减小，其结构如图4所示。这样在电容器中金属化膜的载流量随电流密度递减而递减，由于相邻层在同一位置的镀层厚度不同，若有疵点产生自愈时，高方阻处金属镀层先自愈，低方阻处金属镀层后自愈所形成的空白区域小，电阻变化不大，不会形成较高的温升。如图5和图6所示，当A区域疵点3产生自愈时，膜1的镀层厚度较膜2薄，膜1所需自愈能量较膜2小，因此膜1先自愈，膜2自愈形成的空白区域5小于膜1，虽然膜2的A区域电流密度大，但由于自愈形成的空白区域小，以及镀层厚度较厚，载流量大，因而电阻变化不大，不会形成较高的温升；同理，膜1在B区域疵点4自愈后也不会形成较高的温升，因而其自愈性能及耐压性能得以提高。
上述镀层的镀Zn层在基膜宽度方向由两侧加向中间逐渐加厚。
为了适用于边缘加厚金属化膜，所述金属镀层在活动区的厚度由两侧屏带区向中间加厚区逐渐加厚。
本发明还提供一种包含有按本发明渐变方阻金属化膜的电容器。
本发明方阻渐变金属化膜很好地克服了载流量与自愈性能的相互矛盾的因素，各区域自愈点发热量较均匀，既解决了电容器因局部发热量较大而出现的早期失效的问题，提高电容器的使用寿命，同时也提高了自愈性能及耐压性能。由于其耐压性能提高，在保证电容器耐压不变的情况下使用渐变方阻金属化膜可以降低薄膜的厚度约1μm，由于电容器电容量与膜的厚度成反比，与膜的面积成正比，因而电容器用膜面积可以相应减少，膜的重量也相应减少，可大大降低生产成本(随金属化膜厚度减小比例的平方倍减少)。
附图说明 图1为现有边缘加厚金属化膜结构示意图。
图2为现有边缘加厚金属化膜电容器自愈原理示意图。
图3为图2所示自愈后膜1和2的俯视图。
图4为本发明渐变方阻金属化膜结构示意图。
图5为本发明渐变方阻金属化膜电容器自愈原理示意图。
图6为图5所示自愈后膜1和2的俯视图。
图7为本发明另一实施例渐变方阻金属化膜结构示意图。
图8为本发明另一实施例渐变方阻金属化膜结构示意图。
具体实施方式图4所示为本发明渐变方阻金属化膜，包括聚合物基膜，该聚合物薄膜可以是聚丙烯、聚酯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚乙烯等。聚合物厚度没有限制，一般在0.5um～20um。由Al和Zn构成的金属镀层通过汽相淀积法形成，先镀Al，再在Al层上蒸镀Zn层形成。镀Zn层在活动区(b区)的厚度由两侧屏带区向中间加厚区(C区)逐渐加厚，使得其方阻由两侧向中间逐渐减小，活动区方阻可以在3-20Ω/□范围内渐变。
其中部加厚区域可是由两侧呈线性加厚，也可呈圆弧形加厚如图7所示，或呈水平过渡如图8所示。
渐变方阻金属化膜可以用下述方法得到：根据真空镀膜技术原理，正对于蒸发源上方的基片的金属镀层厚度t0＝w0/(πρh2)，其中w0为蒸发量，ρ为金属的电阻率，h为蒸发源距薄膜的距离。对镀膜机而言，锌的蒸发量正比于锌锅模具窗口尺寸，通过改变锌锅模具窗口尺寸使t0发生变化；同时，由于t0与锌锅模具距薄膜的距离h的平方成反比关系，h越大，t0越小。因而，通过选择锌锅模具窗口尺寸大小以及锌锅模具距薄膜的距离h，即可控制蒸发到薄膜表面各部位的金属量，形成锌层厚度呈逐渐变化的电容器用锌铝渐变方阻金属化膜。
Claims (4)
1、一种渐变方阻金属化膜，包括聚合物基膜，和在该基膜上通过汽相淀积法形成的主要由Al和Zn构成的金属镀层，其特征在于所述镀层厚度在基膜宽度方向由两侧向中间逐渐加厚，使得其方阻由两侧向中间逐渐减小。
2、根据权利要求1所述的金属化膜，其特征在于所述金属镀层的镀Zn层在基膜宽度方向由两侧加向中间逐渐加厚。
3、根据权利要求1或2所述的金属化膜，其特征在于所述在基膜宽度方向由两侧向中间依次分为屏带区(a区)、活动区(b区)和加厚区(C区)，所述金属镀层在活动区的厚度由两侧屏带区向中间加厚区逐渐加厚。
4、一种电容器，其特征在于它包括按权利要求1至3任何一项权利要求所述的金属化膜。
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