專利名稱：一種聚合物疊片式電容器及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電子元器件技術(shù)領(lǐng)域，涉及聚合物疊片式電容器及其制造技術(shù)。
背景技術(shù)：
片式電容器是現(xiàn)代電子設(shè)備上不可或缺的元件，可用作電路整流的濾波元件、直流電源的推耦元件以及音頻電路中的旁路、耦合元件等。所以片式電容器在各類(lèi)電子電力器件，航天航空以及軍事武器領(lǐng)域中得到廣泛運(yùn)用。隨著21世紀(jì)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，電子設(shè)備小型化的發(fā)展，大容量化、小型化、寬頻、寬電壓、寬溫、環(huán)保節(jié)能是片式電容器發(fā)展的主要方向。傳統(tǒng)的金屬化聚合物薄膜電容器通常采用的是卷繞式工藝，要求有機(jī)聚合物電介質(zhì)具有較好的的力學(xué)性及延展性，以便于卷繞加工，而一般高介電常數(shù)的聚合物往往不具備這個(gè)性能，甚至是以粉末態(tài)存在，所以金屬化薄膜電容器一般采用的是具有10 i! m左右厚度、介電常數(shù)較低的聚乙烯、聚丙烯、聚亞苯基硫醚等材料(相對(duì)介電常數(shù)為f 3 );同時(shí)金屬化電極的有效面積較??；以上幾點(diǎn)均不利于片式電容器向小型化大容量化的發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種聚合物疊片式電容器，具有疊層片式結(jié)構(gòu)，介質(zhì)材料采用介電常數(shù)相對(duì)較高(10左右)的有機(jī)聚合物，內(nèi)電極材料采用導(dǎo)電聚合物。本發(fā)明同時(shí)提供一種工藝簡(jiǎn)單的聚合物疊層片式電容器的制備方法。本發(fā)明技術(shù)方案如下—種聚合物疊片式電容器，如圖I所示，包括由多層有機(jī)聚合物介質(zhì)薄膜3和多層導(dǎo)電聚合物電極薄膜4交替層疊的方塊狀疊片結(jié)構(gòu)的電容器芯子。所述方塊狀疊片結(jié)構(gòu)的電容器芯子中，位于每一層有機(jī)聚合物介質(zhì)薄膜3兩面的兩層導(dǎo)電聚合物電極薄膜4性成交錯(cuò)分布即其中一層導(dǎo)電聚合物電極薄膜4覆蓋有機(jī)聚合物介質(zhì)薄膜3上表面的左側(cè)，另一層導(dǎo)電聚合物電極薄膜4覆蓋有機(jī)聚合物介質(zhì)薄膜3下表面的右側(cè)；一層有機(jī)聚合物介質(zhì)薄膜3中被上下兩層導(dǎo)電聚合物電極薄膜4交錯(cuò)覆蓋的部分構(gòu)成一個(gè)微電容器單元的介質(zhì)層，上下交錯(cuò)分布的兩層導(dǎo)電聚合物電極薄膜4構(gòu)成一個(gè)微電容器單元的上下電極。所述方塊狀疊片結(jié)構(gòu)的電容器芯子頂面和底面各有一層襯底材料I ;所述方塊狀疊片結(jié)構(gòu)的電容器芯子的左右兩端各具有一個(gè)金屬端電極6，兩個(gè)金屬端電極6將電容器芯子內(nèi)層疊的所有微電容器單元并聯(lián)在一起。上述聚合物疊片式電容器，所述聚合物疊片式電容器除金屬端電極6之外的部分采用環(huán)氧樹(shù)脂粉末噴涂封裝。上述聚合物疊片式電容器中，所述有機(jī)聚合物介質(zhì)薄膜3是聚偏氟乙烯/石墨烯復(fù)合薄膜(PVDF/Graphene)、納米鈦酸鋇/聚偏氟乙烯復(fù)合薄膜(BT/PVDF)、鈦菁銅薄膜(Cu(ttb)Pc)、聚丙烯/聚偏氟乙烯復(fù)合薄膜(PP/PVDF)、乙烯/醋酸乙烯酯共聚物薄膜(EVA)或多省并醌薄膜(PAQR)。
上述聚合物疊片式電容器中，所述導(dǎo)電聚合物電極薄膜4是聚苯胺導(dǎo)電薄膜(Pani )、聚噻吩導(dǎo)電薄膜(PT)、聚吡咯導(dǎo)電薄膜(PPY)或聚噻吩/聚苯乙烯磺酸鈉復(fù)合導(dǎo)電薄膜(PEDOT/PSS)。一種聚合物疊片式電容器的制備方法，包括以下步驟步驟I :在襯底材料I表面沉積一層有機(jī)聚合物介質(zhì)薄膜3 ；步驟2 :在有機(jī)聚合物介質(zhì)薄膜3表面沉積一層導(dǎo)電聚合物電極薄膜4 ；步驟3 :在導(dǎo)電聚合物電極薄膜4表面沉積一層有機(jī)聚合物介質(zhì)薄膜3 ；步驟4 :反復(fù)執(zhí)行步驟2與步驟3，直到得到的方塊狀疊片結(jié)構(gòu)的電容器芯子達(dá)到需要的厚度為止；在沉積導(dǎo)電聚合物電極薄膜4時(shí)應(yīng)保證位于每一層有機(jī)聚合物介質(zhì)薄膜3兩面的兩層導(dǎo)電聚合物電極薄膜4形成交錯(cuò)分布即其中一層導(dǎo)電聚合物電極薄膜4覆 蓋有機(jī)聚合物介質(zhì)薄膜3上表面的左側(cè)，另一層導(dǎo)電聚合物電極薄膜4覆蓋有機(jī)聚合物介質(zhì)薄膜3下表面的右側(cè)；一層有機(jī)聚合物介質(zhì)薄膜3中被上下兩層導(dǎo)電聚合物電極薄膜4交錯(cuò)覆蓋的部分構(gòu)成一個(gè)微電容器單元的介質(zhì)層，上下交錯(cuò)分布的兩層導(dǎo)電聚合物電極薄膜4構(gòu)成一個(gè)微電容器單兀的上下電極；步驟5 :在步驟4所得方塊狀疊片結(jié)構(gòu)的電容器芯子頂面增加一個(gè)襯底材料1，得到最終的方塊狀疊片結(jié)構(gòu)的電容器芯子；步驟6 :在步驟5所得最終的方塊狀疊片結(jié)構(gòu)的電容器芯子兩端浸潰銀漿；步驟7 :銀漿封端，制作金屬端電極6，并用粉末環(huán)氧樹(shù)脂將除金屬端電極6之外的部分進(jìn)行噴涂封裝。通過(guò)上述步驟，即可制備出本發(fā)明所述聚合物疊片式電容器。需要說(shuō)明的是，上述制備聚合物疊片式電容器的方法中，所述有機(jī)聚合物介質(zhì)薄膜3和導(dǎo)電聚合物電極薄膜4的沉積工藝可采用自組裝鍍膜技術(shù)或Langmuir-Blodgettfilm技術(shù)。由于介電常數(shù)較高的有機(jī)聚合物加工性能較差，不能采用卷繞方式制作電容器，本發(fā)明采用層疊方式制作的聚合物疊片式電容器，可精確控制每層有機(jī)聚合物介質(zhì)薄膜的尺寸、厚度；同時(shí)本發(fā)明采用的是有機(jī)聚合物電極材料，可以大大提電極的有效面積；同體積下本發(fā)明的聚合物疊片式電容器可以達(dá)到傳統(tǒng)的金屬化薄膜電容器容量的i(Tioo倍，推進(jìn)了片式電容器的小型化大容量化進(jìn)展。此外本發(fā)明采用的疊片方塊狀結(jié)構(gòu)，可以增強(qiáng)產(chǎn)品端面耐電流沖擊的能力，減小電感，提高產(chǎn)品穩(wěn)定性和可靠性；同時(shí)本發(fā)明的聚合物疊片式電容器采用的材料是聚合物，可減少對(duì)資源性原材料的使用，達(dá)到環(huán)保節(jié)能的目的。


圖I為本發(fā)明提供的聚合物疊片式電容器芯子結(jié)構(gòu)示意圖。其中1為襯底材料，3為有機(jī)聚合物介質(zhì)薄膜，4為導(dǎo)電聚合物電極薄膜,6為金屬端電極。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例一(a)自組裝鍍膜機(jī)上，用夾子夾住清潔襯底的一端，設(shè)置向上提拉速度為5mm/min，向下提拉速度為20mm/min。襯底浸入8%的PVDF/Graphene復(fù)合溶液中，往返2次,可形成PVDF/Graphene復(fù)合高介電薄膜。
(b)在自組裝鍍膜機(jī)上，用夾子夾住經(jīng)步驟(a)處理后襯底的另一端，設(shè)置向上提拉速度為10mm/min，向下提拉速度為30mm/min。襯底浸入10%的PED0T/PSS溶液中，深度不超過(guò)襯底長(zhǎng)度的90%，往返5次，可形成PED0T/PSS電極。(c)自組裝鍍 膜機(jī)上，用夾子夾住經(jīng)步驟(b)處理后襯底的一端，設(shè)置向上提拉速度為5mm/min,向下提拉速度為20mm/min。襯底浸入8%的PVDF/Graphene復(fù)合溶液中，往返2次,可形成PVDF/Graphene復(fù)合高介電薄膜。(d)在自組裝鍍膜機(jī)上，用夾子夾住經(jīng)步驟(C)處理后襯底的另一端，設(shè)置向上提拉速度為10mm/min，向下提拉速度為30mm/min。襯底浸入10%的PED0T/PSS溶液中，深度不超過(guò)襯底長(zhǎng)度的90%，往返5次，可形成PED0T/PSS電極。(e)重復(fù)上述(a) Cd)過(guò)程多次，可以形成由多個(gè)微電容器單元層疊而成的方塊狀疊片結(jié)構(gòu)的電容器芯子。(f)分別在方塊狀疊片結(jié)構(gòu)的電容器芯子兩端浸潰銀漿。(g)將電容器芯子粘在引線框上，采用環(huán)氧樹(shù)脂粉末噴涂封裝，得到最終的聚合物疊片式電容器。實(shí)施例二(a)自組裝鍍膜機(jī)上，用夾子夾住清潔襯底的一端，設(shè)置向上提拉速度為5mm/min，向下提拉速度為20mm/min。襯底15%的PP/PVDF復(fù)合溶液中，往返2次，可形成PP/PVDF復(fù)合高介電薄膜。(b)在自組裝鍍膜機(jī)上，用夾子夾住經(jīng)步驟(a)處理后襯底的另一端，設(shè)置向上提拉速度為10mm/min，向下提拉速度為30mm/min。襯底浸入10%的PPY溶液中，深度不超過(guò)襯底長(zhǎng)度的90%，往返5次，可形成PPY電極。(c)自組裝鍍膜機(jī)上，用夾子夾住經(jīng)步驟(b)處理后襯底的一端，設(shè)置向上提拉速度為5mm/min，向下提拉速度為20mm/min。襯底浸入15%的PP/PVDF復(fù)合溶液中，往返2次，可形成PP/PVDF復(fù)合高介電薄膜。(d)在自組裝鍍膜機(jī)上，用夾子夾住經(jīng)步驟(C)處理后襯底的另一端，設(shè)置向上提拉速度為10mm/min，向下提拉速度為30mm/min。襯底浸入10%的PPY溶液中，深度不超過(guò)襯底長(zhǎng)度的90%，往返5次，可形成PPY電極。(e)重復(fù)上述(a) Cd)過(guò)程多次，可以形成由多個(gè)微電容器單元層疊而成的方塊狀疊片結(jié)構(gòu)的電容器芯子。(f)分別在方塊狀疊片結(jié)構(gòu)的電容器芯子兩端浸潰銀漿。(g)將電容器芯子粘在引線框上，采用環(huán)氧樹(shù)脂粉末噴涂封裝，得到最終的聚合物疊片式電容器。實(shí)施例三(a)自組裝鍍膜機(jī)上，用夾子夾住清潔襯底的一端，設(shè)置向上提拉速度為5mm/min，向下提拉速度為20mm/min。襯底浸入6%的PAQR溶液中，往返2次，可形成PAQR高介電薄膜。(b)在自組裝鍍膜機(jī)上，用夾子夾住經(jīng)步驟(a)處理后襯底的另一端，設(shè)置向上提拉速度為10mm/min,向下提拉速度為30mm/min。襯底浸入8%的Pani溶液中，深度不超過(guò)襯底長(zhǎng)度的90%，往返5次，可形成Pani電極。
(c)自組裝鍍膜機(jī)上，用夾子夾住經(jīng)步驟(b)處理后襯底的一端，設(shè)置向上提拉速度為5mm/min,向下提拉速度為20mm/min。襯底浸入6%的PAQR溶液中，往返2次,可形成PAQR高介電薄膜。(d)在自組裝鍍膜機(jī)上，用夾子夾住經(jīng)步驟(C)處理后襯底的另一端，設(shè)置向上提拉速度為10mm/min,向下提拉速度為30mm/min。襯底浸入8%的Pani溶液中，深度不超過(guò)襯底長(zhǎng)度的90%，往返5次，可形成Pani電極。(e)重復(fù)上述(a) Cd)過(guò)程多次，可以形成由多個(gè)微電容器單元層疊而成的方塊狀疊片結(jié)構(gòu)的電容器芯子。(f)分別在方塊狀疊片結(jié)構(gòu)的電容器芯子兩端浸潰銀漿。(g)將電容器芯子粘在引線框上，采用環(huán)氧樹(shù)脂粉末噴涂封裝，得到最終的聚合物 疊片式電容器。
權(quán)利要求
1.一種聚合物疊片式電容器，包括由多層有機(jī)聚合物介質(zhì)薄膜(3)和多層導(dǎo)電聚合物電極薄膜(4)交替層疊的方塊狀疊片結(jié)構(gòu)的電容器芯子； 所述方塊狀疊片結(jié)構(gòu)的電容器芯子中，位于每一層有機(jī)聚合物介質(zhì)薄膜(3)兩面的兩層導(dǎo)電聚合物電極薄膜(4)形成交錯(cuò)分布即其中一層導(dǎo)電聚合物電極薄膜(4)覆蓋有機(jī)聚合物介質(zhì)薄膜(3)上表面的左側(cè)，另一層導(dǎo)電聚合物電極薄膜(4)覆蓋有機(jī)聚合物介質(zhì)薄膜(3)下表面的右側(cè)；一層有機(jī)聚合物介質(zhì)薄膜(3)中被上下兩層導(dǎo)電聚合物電極薄膜(4)交錯(cuò)覆蓋的部分構(gòu)成一個(gè)微電容器單元的介質(zhì)層，上下交錯(cuò)分布的兩層導(dǎo)電聚合物電極薄膜(4)構(gòu)成一個(gè)微電容器單兀的上下電極； 所述方塊狀疊片結(jié)構(gòu)的電容器芯子頂面和底面各有一層襯底材料(I); 所述方塊狀疊片結(jié)構(gòu)的電容器芯子的左右兩端各具有一個(gè)金屬端電極(6)，兩個(gè)金屬端電極(6)將電容器芯子內(nèi)層疊的所有微電容器單元并聯(lián)在一起。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的聚合物疊片式電容器，其特征在于，所述聚合物疊片式電容器除金屬端電極(6)之外的部分采用環(huán)氧樹(shù)脂粉末噴涂封裝。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的聚合物疊片式電容器，其特征在于，所述有機(jī)聚合物介質(zhì)薄膜(3)是聚偏氟乙烯/石墨烯復(fù)合薄膜、納米鈦酸鋇/聚偏氟乙烯復(fù)合薄膜、鈦菁銅薄膜、聚丙烯/聚偏氟乙烯復(fù)合薄膜、乙烯/醋酸乙烯酯共聚物薄膜或多省并醌薄膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的聚合物疊片式電容器，其特征在于，所述導(dǎo)電聚合物電極薄膜(4)是聚苯胺導(dǎo)電薄膜、聚噻吩導(dǎo)電薄膜、聚吡咯導(dǎo)電薄膜或聚噻吩/聚苯乙烯磺酸鈉復(fù)合導(dǎo)電薄膜。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的聚合物疊片式電容器，其特征在于，所述金屬端電極(6)為銀電極。
6.一種聚合物疊片式電容器的制備方法，包括以下步驟 步驟I :在襯底材料(I)表面沉積一層有機(jī)聚合物介質(zhì)薄膜(3)； 步驟2 :在有機(jī)聚合物介質(zhì)薄膜(3)表面沉積一層導(dǎo)電聚合物電極薄膜(4)； 步驟3 :在導(dǎo)電聚合物電極薄膜(4)表面沉積一層有機(jī)聚合物介質(zhì)薄膜(3)； 步驟4 :反復(fù)執(zhí)行步驟2與步驟3，直到得到的方塊狀疊片結(jié)構(gòu)的電容器芯子達(dá)到需要的厚度為止；在沉積導(dǎo)電聚合物電極薄膜(4)時(shí)應(yīng)保證位于每一層有機(jī)聚合物介質(zhì)薄膜(3)兩面的兩層導(dǎo)電聚合物電極薄膜(4)形成交錯(cuò)分布即其中一層導(dǎo)電聚合物電極薄膜(4 )覆蓋有機(jī)聚合物介質(zhì)薄膜(3 )上表面的左側(cè)，另一層導(dǎo)電聚合物電極薄膜(4 )覆蓋有機(jī)聚合物介質(zhì)薄膜(3)下表面的右側(cè)；一層有機(jī)聚合物介質(zhì)薄膜(3)中被上下兩層導(dǎo)電聚合物電極薄膜(4)交錯(cuò)覆蓋的部分構(gòu)成一個(gè)微電容器單元的介質(zhì)層，上下交錯(cuò)分布的兩層導(dǎo)電聚合物電極薄膜(4)構(gòu)成一個(gè)微電容器單兀的上下電極； 步驟5 :在步驟4所得方塊狀疊片結(jié)構(gòu)的電容器芯子頂面增加一個(gè)襯底材料(1)，得到最終的方塊狀疊片結(jié)構(gòu)的電容器芯子； 步驟6 :在步驟5所得最終的方塊狀疊片結(jié)構(gòu)的電容器芯子兩端浸潰銀漿； 步驟7 :銀漿封端，制作金屬端電極(6)，并用粉末環(huán)氧樹(shù)脂將除金屬端電極(6)之外的部分進(jìn)行噴涂封裝。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的聚合物疊片式電容器的制備方法，其特征在于，所述有機(jī)聚合物介質(zhì)薄膜(3)是聚偏氟乙烯/石墨烯復(fù)合薄膜、納米鈦酸鋇/聚偏氟乙烯復(fù)合薄膜、鈦菁銅薄膜、聚丙烯/聚偏氟乙烯復(fù)合薄膜、乙烯/醋酸乙烯酯共聚物薄膜或多省并醌薄膜。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的聚合物疊片式電容器的制備方法，其特征在于，所述導(dǎo)電聚合物電極薄膜(4)是聚苯胺導(dǎo)電薄膜、聚噻吩導(dǎo)電薄膜、聚吡咯導(dǎo)電薄膜或聚噻吩/聚苯乙烯磺酸鈉復(fù)合導(dǎo)電薄膜。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的聚合物疊片式電容器的制備方法，其特征在于，所述有機(jī)聚合物介質(zhì)薄膜(3)和導(dǎo)電聚合物電極薄膜(4)的沉積工藝采用自組裝鍍膜技術(shù)或Langmuir-Blodgett film 技術(shù)。
全文摘要
一種聚合物疊片式電容器及其制備方法，屬于電子元器件技術(shù)領(lǐng)域。由于介電常數(shù)較高的有機(jī)聚合物加工性能較差，不能采用卷繞方式制作電容器，本發(fā)明采用層疊方式制作的聚合物疊片式電容器，可精確控制每層有機(jī)聚合物介質(zhì)薄膜的尺寸、厚度；同時(shí)本發(fā)明采用的是有機(jī)聚合物電極材料，可以大大提電極的有效面積；同體積下本發(fā)明的聚合物疊片式電容器可以達(dá)到傳統(tǒng)的金屬化薄膜電容器容量的10~100倍，推進(jìn)了片式電容器的小型化大容量化進(jìn)展。此外本發(fā)明采用的疊片方塊狀結(jié)構(gòu)，可以增強(qiáng)產(chǎn)品端面耐電流沖擊的能力，減小電感，提高產(chǎn)品穩(wěn)定性和可靠性；同時(shí)本發(fā)明的聚合物疊片式電容器采用的材料是聚合物，可減少對(duì)資源性原材料的使用，達(dá)到環(huán)保節(jié)能的目的。
文檔編號(hào)H01G4/008GK102709053SQ201210179909
公開(kāi)日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2012年6月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月4日
發(fā)明者徐建華, 楊亞杰, 楊文耀, 王偲宇, 陳燕 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)