專利名稱：薄膜電容器及用于薄膜電容器的薄膜的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種薄膜電容器及用于薄膜電容器的薄膜。薄膜電容器由具有至少一個(gè)導(dǎo)電層的至少一個(gè)底膜構(gòu)成，至少一個(gè)導(dǎo)電層分成分區(qū)，分區(qū)相互排列，使薄膜電容器有一個(gè)基本電容器的內(nèi)部串聯(lián)電路。
現(xiàn)有技術(shù)薄膜電容器用于寬電容范圍。通常此類薄膜電容器中的絕緣體包括塑料薄膜。電極包括導(dǎo)電金屬區(qū)域。這些金屬區(qū)域是氣相淀積在塑料薄膜上的薄導(dǎo)電膜或?qū)щ妼?。?dǎo)電層通常是在真空中施加的鋁或鋅合金，厚度在10～20nm范圍內(nèi)，如果導(dǎo)電層足夠薄，則發(fā)生電擊穿時(shí)，即擊穿位置附近的金屬層消失時(shí)，有自修復(fù)作用。如果發(fā)生電擊穿，則放電附近或在臨近那里為放電提供的點(diǎn)上金屬層消失。在擊穿之后，雖然稍稍降低了電容，但電容器仍然能夠使用。
現(xiàn)有技術(shù)提出了分段金屬化的、用于薄膜電容器的薄膜。金屬涂層的每個(gè)分段的表面電阻低，以溝狀開(kāi)口彼此隔離開(kāi)。各個(gè)分段通過(guò)截面較小的導(dǎo)體電橋連接。這些導(dǎo)體電橋用作保護(hù)裝置，如果發(fā)生電擊穿，將使受影響的分段與其它分段分隔開(kāi)。如果發(fā)生局部擊穿，保護(hù)裝置將放電限制在擊穿位置，從而可以避免較大的損壞。
DE-A 198 56 457描述了一種薄膜，在薄膜的導(dǎo)電層上形成了一種電流通路結(jié)構(gòu)。為了減少擊穿產(chǎn)生的電容損耗，導(dǎo)電層自身具有高表面電阻。電流通路在導(dǎo)電層上延伸，表面電阻比導(dǎo)電層低，從而降低了總表面電阻。電流通路結(jié)構(gòu)是在薄膜方向上有一個(gè)主電流通路，由其分支出輔電流通路。
GB 2 276 765提出了用于內(nèi)部串聯(lián)電路的多層電容器薄膜。電極是分段的，具有高電阻、形成電容的區(qū)段和低電阻、位于連接區(qū)域位置的區(qū)段。
US專利5,757,607顯示了具有內(nèi)部串聯(lián)電路和噴鍍金屬曲線圖的未分段多層電極。
用于高壓電容器、具有內(nèi)部串聯(lián)電路的已有電極需要較高的導(dǎo)電率和位于分段或畫出曲線圖的電極之間的導(dǎo)體電橋。這種電容器設(shè)計(jì)在自修復(fù)屬性方面有缺陷。因?yàn)殡姌O導(dǎo)電率高，所以在自修復(fù)過(guò)程中釋放了較高的能量，使較大區(qū)域不能使用。但在另一方面，如果降低了電極導(dǎo)電率，會(huì)導(dǎo)致?lián)p耗增加。
在解決方案使用由導(dǎo)體電橋—保護(hù)裝置—連接的分段的情況下，還有一個(gè)問(wèn)題導(dǎo)致內(nèi)部串聯(lián)電路的組合。在燒穿保護(hù)裝置后，各個(gè)分段完全斷開(kāi)連接，不再具有定義的電位。這會(huì)導(dǎo)致不希望的充電作用。因此，迄今不再考慮將分段電極用于高電壓電容。所以，對(duì)具有內(nèi)部串聯(lián)電路的自修復(fù)電容器的高需求沒(méi)有改變。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的目標(biāo)是提供一種用于高電壓的電容器，它克服了現(xiàn)有電容器的不足，特別是發(fā)生擊穿時(shí)自行修復(fù)，且在修復(fù)過(guò)程中不釋放過(guò)高的能量。此外，電容器還能在交流電流的應(yīng)用中以低損耗方式工作。
該目標(biāo)是通過(guò)在獨(dú)立權(quán)利要求中定義的發(fā)明來(lái)達(dá)成的。
獨(dú)立權(quán)利要求中明確表述了電容器的優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明也涉及用于根據(jù)權(quán)利要求14的薄膜電容器的薄膜。
根據(jù)本發(fā)明的電容器有至少一個(gè)作為絕緣體的底膜和一個(gè)內(nèi)部串聯(lián)電路。在絕緣體上加上導(dǎo)電層或?qū)?dǎo)電層分成分區(qū)形成了內(nèi)部串聯(lián)電路，其中分區(qū)相互排列，如果適合，彼此連接，從而形成大量串聯(lián)的基本電容器。從本質(zhì)上辨別它的事實(shí)是在分區(qū)上形成電流通路結(jié)構(gòu)，導(dǎo)電層的表面電阻高，目的是減少擊穿帶來(lái)的電容損耗，電流通路結(jié)構(gòu)的電流通路的表面電阻顯著降低，目的是減少總表面電阻。可以形成分區(qū)的方式是生成有兩個(gè)、三個(gè)、四個(gè)、五個(gè)、六個(gè)或更多基本電容器的內(nèi)部串聯(lián)電路。
如果發(fā)生擊穿，盡可能大的導(dǎo)電層表面電阻限制了導(dǎo)電層消失的區(qū)域。結(jié)果使電容器的電容只相應(yīng)的減少一點(diǎn)點(diǎn)；此外，流過(guò)的電流減少了，在擊穿期間的能量損耗低。這延長(zhǎng)了電容器的使用壽命。電阻盡可能小的電流通路減少了總表面電阻，這一事實(shí)意味著也減少了正常工作中充電或放電過(guò)程中的歐姆損耗。因此根據(jù)本發(fā)明的具有內(nèi)部串聯(lián)電路、用于高電壓應(yīng)用的電容器能夠在發(fā)生擊穿的情況下，只減少少許電容，但是必須接受形式為變熱的少許電容器損耗增加。此外，它可以在沒(méi)有用作保護(hù)裝置的導(dǎo)體電橋的情況下運(yùn)用。因此，它還不可能用于未連接分段不再具有定義的電位的情況。
根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案，導(dǎo)電層的各個(gè)分區(qū)都有一個(gè)主電流通路和多個(gè)輔電流通路。例如分區(qū)以帶狀延伸，則主電流通路基本沿著帶的縱軸延伸。
為了進(jìn)一步減小發(fā)生擊穿時(shí)的電容損耗，電容器的各個(gè)分區(qū)在其自己的部分可以包括相互連接的分段。輔電流通路可以在各個(gè)分段中延伸，分段通過(guò)主電流通路互連。然而另一種做法是，分段可以通過(guò)已知的導(dǎo)體電橋連接。
導(dǎo)電層的表面電阻優(yōu)選是至少5Ω，特別優(yōu)選是至少20Ω。電流通路的表面電阻非常低，優(yōu)選是低至少20倍，例如低50倍。相應(yīng)的，電流通路可以以這樣的方式形成只占用一小部分導(dǎo)電層區(qū)域，例如10％或更少。
電流通路可以通過(guò)局部加厚部分導(dǎo)電層來(lái)形成，這樣電流通路的輪廓高于電傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)。另一種做法是，還可以在導(dǎo)電層上安裝一個(gè)由不同金屬制成的金屬帶框架。通常導(dǎo)電層在電流通路的位置處恰好斷開(kāi)，該斷開(kāi)由形成電流通路的金屬帶跨接。
例如薄膜電容器是纏繞的。所以，根據(jù)第一個(gè)例子，可以使用兩個(gè)一面涂有涂層的底膜，其形成電極的導(dǎo)電層分區(qū)彼此偏移排列，從而自動(dòng)產(chǎn)生一串聯(lián)電路。另一種做法是，還可以將一個(gè)兩面加了導(dǎo)電層的底膜與一個(gè)沒(méi)有涂層的底膜共同使用。然后同樣彼此偏移排列底膜兩面上導(dǎo)電層的分區(qū)。
附圖簡(jiǎn)述下面使用典型實(shí)施方案并結(jié)合高概略性的附圖來(lái)更為詳細(xì)的解釋本發(fā)明，其中

圖1和2顯示了根據(jù)本發(fā)明的電容器的第一薄膜的俯視圖——沒(méi)有準(zhǔn)確的按比例縮放——和透視圖——同樣沒(méi)有按比例縮放，圖3和4分別顯示了根據(jù)本發(fā)明的電容器的第二薄膜的俯視圖和透視圖——沒(méi)有準(zhǔn)確的按比例縮放，圖5和6顯示了根據(jù)本發(fā)明的電容器另一個(gè)實(shí)施方案的第一薄膜和第二薄膜的俯視圖——沒(méi)有按比例縮放。
具體實(shí)施例方式
圖1和2顯示了根據(jù)本發(fā)明的非常簡(jiǎn)單的電容器實(shí)施方案的第一薄膜1。底膜3由絕緣塑料制成，配有一個(gè)導(dǎo)電層4。導(dǎo)電層是金屬的，例如由鋅或鋅合金制成，或由電傳導(dǎo)塑料制成。底膜的厚度大約為2～20μm，導(dǎo)電層如果是由鋅制成的，則厚度小于20nm。
薄膜以帶狀延伸，每種情況下只在縱向方向說(shuō)明帶的細(xì)節(jié)。在膜的兩邊，每種情況下導(dǎo)電層都有一個(gè)局部加厚的部分，該部分形成了主電流通路5。第一薄膜1的主電流通路5同時(shí)用作邊緣加強(qiáng)。輔電流通路6從主電流通路分支出來(lái)，基本與其垂直，該輔電流通路同樣是通過(guò)局部加厚部分導(dǎo)電層而形成的，伸入到帶的內(nèi)部。主電流通路5和輔電流通路6使用，例如，與導(dǎo)電層4相同的材料制成。如果它們是由鋅制成的，則厚度為400nm或更多。但是它們也可以用不同的材料制成，例如鋁等導(dǎo)電率高的金屬，這樣它們的厚度可以減少。在帶狀膜的中間，導(dǎo)電層由開(kāi)口7斷開(kāi)，其中底膜3基本沒(méi)有導(dǎo)電涂層。該開(kāi)口7將導(dǎo)電層4分成兩個(gè)分區(qū)4.1、4.2。
導(dǎo)電層4的表面電阻和/或輔電流通路6的表面電阻在相對(duì)于分區(qū)縱軸的橫向方向上具有，例如漸變的曲線圖，例如減少量與到主電流通路5的距離成函數(shù)關(guān)系?？梢酝ㄟ^(guò)改變厚度或?qū)挾然蛲ㄟ^(guò)改變材料組成來(lái)達(dá)到這種效果。圖3和4中顯示的第二薄膜2具有，例如與第一薄膜基本相同的尺寸大小，是使用與后者相同的材料制成的。但是，其導(dǎo)電層4的主電流通路5位于中間，并向外伸出輔電流通路6。自由邊8沿著底膜的縱向邊緣伸展，其中底膜3沒(méi)有導(dǎo)電涂層。導(dǎo)電層4沒(méi)有劃分，所以形成了單個(gè)分區(qū)4.3。
如下面進(jìn)一步講述的，分區(qū)4.3在電容器的運(yùn)行狀態(tài)不必是內(nèi)部接觸連接的。此外，由于排列的關(guān)系，如果電容器上的電壓發(fā)生變化，則第二薄膜的分區(qū)4.3中電流主要在橫向方向流動(dòng)，即電流在輔電流通路6延伸的方向上流動(dòng)。由于這些原因，可以省略第二薄膜2上或第二薄膜的分區(qū)4.3中的主電流通路5。
在薄膜電容器中，兩個(gè)薄膜1、2一個(gè)放置在另一個(gè)的上面，纏繞的方式要使電容器橫截面上導(dǎo)電層和絕緣層交替出現(xiàn)。由于第一薄膜的導(dǎo)電層分成了兩個(gè)分區(qū)4.1和4.2，所以當(dāng)兩個(gè)薄膜1、2一個(gè)放置在另一個(gè)上面時(shí)形成了兩個(gè)基本電容器。在第一薄膜1導(dǎo)電層的左側(cè)分區(qū)4.1和第二薄膜2導(dǎo)電層4的左半部分之間形成了第一基本電容器。在第二薄膜2導(dǎo)電層4的右半部分和第一薄膜1導(dǎo)電層的右側(cè)分區(qū)4.2之間形成了第二基本電容器。由于第二薄膜的導(dǎo)電層4是連續(xù)的，所以兩個(gè)基本電容器是自動(dòng)串聯(lián)的。電容器可以在第一薄膜的邊緣加強(qiáng)處接觸連接。
為了簡(jiǎn)化，在敘述的例子中，電容器只包括兩個(gè)基本電容器，即第一薄膜的導(dǎo)電層4只分成兩個(gè)分區(qū)，而第二薄膜的導(dǎo)電層4只包括單個(gè)分區(qū)4.3。但是常常出現(xiàn)的情況是兩個(gè)薄膜的導(dǎo)電層由沿著縱向延伸的開(kāi)口分成多個(gè)分區(qū)。然后第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層的分區(qū)相互偏移。在每種情況下在一個(gè)分區(qū)的一半和相對(duì)分區(qū)的另一半之間形成了基本電容器。通過(guò)連接半個(gè)分區(qū)，電容器是成對(duì)串聯(lián)的，因此可以形成具有希望數(shù)量的基本電容器的串聯(lián)電路。主電流通路在分區(qū)的內(nèi)部，優(yōu)選是在中間附近延伸。只有正好排列在邊緣上的分區(qū)類似提供給所描述的第一薄膜1的分區(qū)4.1和4.2，第一薄膜1的主電流通路在縱向邊緣上延伸，同時(shí)用作邊緣加強(qiáng)并可以接觸連接。
第一和第二薄膜的輔電流通路6優(yōu)選是相互偏移排列，就像主電流通路5一樣。
所有描述的薄膜的導(dǎo)電層4的導(dǎo)電率降低了。具體來(lái)說(shuō)，這意味著它們的表面電阻為至少5Ω，優(yōu)選為至少20Ω。相反，電流通路5、6的導(dǎo)電率要盡可能的大，例如1Ω或小于1Ω的表面電阻。如果發(fā)生擊穿，大電阻將受影響區(qū)域限制在擊穿點(diǎn)附近的小面積之內(nèi)，因此只對(duì)電容器的電容有小的損傷。從而擊穿造成的電容器老化程度小。另一方面，由于電流通路導(dǎo)電率高，平均表面電阻后的總表面電阻不高，從而保持了正常運(yùn)行期間的低損耗。
圖5和6描述了功能和構(gòu)造基本對(duì)應(yīng)于圖1到4中薄膜1、2的第一薄膜11和第二薄膜12。但是，第一薄膜導(dǎo)電層4的導(dǎo)電層分區(qū)4.1、4.2和第二薄膜形成了單個(gè)分區(qū)的導(dǎo)電層4是分段的。溝狀開(kāi)口9以均勻間隔排列，其中底膜基本沒(méi)有導(dǎo)電涂層。在描述的例子中，開(kāi)口9平行于輔電流通路6，在兩個(gè)相鄰輔電流通路中間延伸，即輔電流通路6大約在分段的中間延伸。
分段的作用是又減少了擊穿造成的電容損耗。這是因?yàn)閾舸┢陂g所影響的區(qū)域又受到了分段邊緣的限制。
當(dāng)選擇的導(dǎo)電層表面電阻相當(dāng)?shù)蜁r(shí)，例如在5Ω到70Ω的范圍內(nèi)，分段特別有用。
還要提到的是，本發(fā)明當(dāng)然不限于解釋的典型實(shí)施方案。特別是底膜、導(dǎo)電層和電流通路的材料在通常的高級(jí)作用的范圍內(nèi)按需要變化。底膜和導(dǎo)電層的厚度也可以改變，以適合特定電容器構(gòu)造的要求。膜的形式可以按需要選擇。電流通路可以是大致均勻的，或者另一種形式可以是電阻漸變的。主電流通路的表面電阻可以與輔電流通路的表面電阻不同，例如通過(guò)采用不同的橫截面不同。但是它們也可以具有相同的表面電阻。
電容器可以包括兩個(gè)內(nèi)部串聯(lián)的基本電容器，或多重此類電容器。如在描述的例子中，內(nèi)部串聯(lián)電路可以通過(guò)分區(qū)的偏移排列形成，其中每個(gè)分區(qū)形成了兩個(gè)基本電容器的電極。因此，除了排列在邊緣上的分區(qū)，這種排列中的所有分區(qū)都參與了兩個(gè)基本電容器的形成。另一種做法是，導(dǎo)電層彼此相對(duì)、按照它們的區(qū)域基本對(duì)應(yīng)的分區(qū)也可以形成各自的基本電容器，然后直接通過(guò)連接導(dǎo)體電連接兩個(gè)相鄰基本電容器的兩個(gè)分區(qū)，從而形成串聯(lián)電路。電流通路優(yōu)選在連接導(dǎo)體中延伸。
電容器可以包括多個(gè)并聯(lián)和/或串聯(lián)的局部電容，例如所有局部電容或至少一些局部電容是由兩種薄膜纏繞而成的，是根據(jù)上面的描述體現(xiàn)出來(lái)的。例如對(duì)大量包括兩種具有導(dǎo)電層和相互偏移分區(qū)的薄膜的局部電容而言，以這樣一種方式一個(gè)接一個(gè)排列是可能的相鄰局部電容的邊緣加強(qiáng)(根據(jù)圖1和5)直接相互電連接——如果適當(dāng)借助接觸裝置——且局部電容是以這種方式串聯(lián)的。
絕緣體底膜2優(yōu)選包括塑料，例如聚丙烯、PET、聚酯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、PEN或紙。
權(quán)利要求
1.一種薄膜電容器，具有至少一個(gè)作為絕緣體的底膜(3)和加在其上的至少一個(gè)導(dǎo)電層(4)，至少一個(gè)導(dǎo)電層劃分成分區(qū)(4.1、4.2、4.3)，分區(qū)(4.1、4.2、4.3)以形成至少兩個(gè)基本電容器的內(nèi)部串聯(lián)電路的方式相互排列，其特征在于在分區(qū)(4.1、4.2、4.3)上形成一個(gè)電流通路結(jié)構(gòu)，導(dǎo)電層具有高的表面電阻，電流通路結(jié)構(gòu)的電流通路(5、6)的表面電阻低于電導(dǎo)電層。
2.如權(quán)利要求1中要求的薄膜電容器，其特征在于，在至少一些分區(qū)中，電流通路結(jié)構(gòu)有至少一個(gè)主電流通路(5)和由其分支出來(lái)的輔電流通路(6)。
3.如權(quán)利要求2中要求的薄膜電容器，其特征在于分區(qū)(4.1、4.2、4.3)以帶狀延伸，主電流通路(5)沿著分區(qū)縱軸延伸。
4.如權(quán)利要求2或3中要求的薄膜電容器，其特征在于導(dǎo)電層(4)和/或輔電流通路(6)的表面電阻取決于到最近主電流通路的距離。
5.如前面權(quán)利要求之一中要求的薄膜電容器，其特征在于至少一個(gè)分區(qū)(4.1、4.2、4.3)至少部分包括相互電連接的分段。
6.如權(quán)利要求5中要求的薄膜電容器，其特征在于電流通路結(jié)構(gòu)的電流通路(5)連接分段。
7.如權(quán)利要求6中要求的薄膜電容器，其特征在于分段是由主電流通路(5)連接的，輔電流通路(6)在分段中延伸。
8.如權(quán)利要求5中要求的薄膜電容器，其特征在于分區(qū)的分段是通過(guò)導(dǎo)體電橋連接的。
9.如前面權(quán)利要求之一中要求的薄膜電容器，其特征在于至少一個(gè)導(dǎo)電層(4)的表面電阻為至少5Ω，首選至少20Ω。
10.如前面權(quán)利要求之一中要求的薄膜電容器，其特征在于電流通路(5、6)的平均表面電阻比導(dǎo)電層的低至少10倍，優(yōu)選是低至少20倍。
11.如前面權(quán)利要求之一中要求的薄膜電容器，其特征在于電流通路結(jié)構(gòu)是通過(guò)導(dǎo)電層的局部加厚部分而形成的
12.如權(quán)利要求1到10之一中要求的薄膜電容器，其特征在于電流通路結(jié)構(gòu)是由金屬帶形成的，制成金屬帶的金屬不同于加在電流通路(5、6)位置上的導(dǎo)電層材料。
13.如前面權(quán)利要求之一中要求的薄膜電容器，其特征在于薄膜電容器是由兩個(gè)一面涂有涂層的底膜或一個(gè)兩面涂有涂層的底膜和一個(gè)沒(méi)有涂層的底膜纏繞而成的，一系列的層以交替方式含有產(chǎn)生橫截面的電隔離材料和用作電極的導(dǎo)電層。
14.如權(quán)利要求13中要求的薄膜電容器，其特征在于兩個(gè)相鄰層的電流通路(5、6)是相互偏移排列的。
15.一種用于權(quán)利要求1到14之一要求的薄膜電容器的薄膜(1、11)，有一個(gè)絕緣體底膜(3)和加在其上的至少一個(gè)導(dǎo)電層(4)，至少一個(gè)導(dǎo)電層劃分成直流相互電隔離的分區(qū)(4.1、4.2)，形成的分區(qū)用作串聯(lián)基本電容器的電極，其特征在于電流通路結(jié)構(gòu)是在分區(qū)(4.1、4.2、4.3)上形成的，導(dǎo)電層表面電阻高，電流通路結(jié)構(gòu)的電流通路(5、6)的表面電阻低于電導(dǎo)電層。
全文摘要
根據(jù)本發(fā)明的電容器是由至少一個(gè)薄膜(1)纏繞而成的，薄膜(1)包括一個(gè)作為絕緣體、具有至少一個(gè)導(dǎo)電層(4)的底膜(3)。它有一個(gè)內(nèi)部串聯(lián)電路。內(nèi)部串聯(lián)電路是通過(guò)在絕緣體上加導(dǎo)電層(4)或?qū)?dǎo)電層分成分區(qū)(4.1、4.2)形成的，分區(qū)(4.1、4.2)是相互排列的，如果適合，是以形成很多串聯(lián)的基本電容器這樣一種方式相互連接的。從本質(zhì)上辨別它的事實(shí)是電路通路結(jié)構(gòu)是在分區(qū)上形成的，導(dǎo)電層(4)的表面電阻高，從而減少了擊穿造成的電容損耗，電流通路結(jié)構(gòu)的電流通路(5、6)的表面電阻顯著減少，從而減少了總表面電阻。
文檔編號(hào)H01G4/005GK1414582SQ0214804
公開(kāi)日2003年4月30日 申請(qǐng)日期2002年10月23日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月23日
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