CN101473390B - 薄膜电容器 - Google Patents
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Abstract
一种薄膜电容器，包括：卷绕体(12)，电连接到卷绕体(12)一末端的第一端子部(14)，以及电连接到卷绕体(12)另一末端的第二端子部(16)。通过将第一薄膜叠片(20A)和第二薄膜叠片(20B)卷成层压制件来构建该卷绕体(12)，所述第一薄膜叠片(20A)由电介质薄膜的叠片形成并在其中具有浮动电极(22)，所述第二薄膜叠片(20B)由将第一薄膜叠片(20A)夹在中间的第一和第二金属薄膜(24、26)和电介质薄膜的叠片形成，并在其中具有浮动电极(22)。每个浮动电极(22)由集成的彼此独立的小电极(34)组成。
Description
技术领域
本发明涉及一种薄膜电容器，包括层叠薄膜的卷绕式组合体，层叠薄膜具有电介质薄膜叠层并在其中包括浮动电极；电连接到膜卷一末端的第一端子；以及电连接到膜卷另一末端的第二端子，并且更特别地，本发明涉及一种薄膜电容器，其具有自愈功能和自保护功能。
背景技术
例如，专利文献1到4中公开了具有自愈功能的薄膜电容器。
专利文献1公开的薄膜电容器包括将电介质薄膜夹在中间的彼此相对的一对电容器电极。电容器电极中的至少一个通过金属蒸镀形成，并被多个绝缘槽沿薄膜的纵向均等分割成隔开或任意隔开的间隔，从而提供多个分段电极组。该分段电极组包括由中间留有多个狭窄电流通路的绝缘槽网络形成的电极。
将电介质薄膜夹在中间的电容器电极用作具有2到20个沿薄膜纵向排列的独立小电极，以及多个沿薄膜横向排列的独立小电极的金属化薄膜。金属化薄膜被卷成膜卷，并且金属被喷射到膜卷的相对的端面上以形成端电极，从而制成电容器元件。在该薄膜电容器中装入了一个或多个电容器元件。
专利文献2公开的薄膜电容器包括电介质薄膜和布置在电介质薄膜一侧上的金属蒸镀电极。金属蒸镀电极包括多个沿其纵向和横向排列的分割电极。分割电极由非电极边界分开。具有熔丝功能的边界熔丝被布置在边界中。边界熔丝被叠放在配置在上和下相对电极上的其它边界熔丝上。
专利文献3中公开的薄膜电容器是一种片式电容器，该片式电容器包括在其上具有薄金属膜的电介质电容器片，并且被沿电介质电容器片延伸的方向卷成电容器膜卷。薄膜电容器包括金属化区域，该金属化区域包括其中具有划分的薄金属膜。薄金属膜具有横向于电介质电容器片延伸的方向延伸的部分划分的部分。
专利文献4中公开的薄膜电容器包括一对蒸镀电极，具有通过熔丝相互并联的分割电极，并从基本横向的中心区向位于提供电容的有效电极区中的绝缘边界延伸。由于熔丝和分割电极被布置得靠近绝缘边界，在那里降低的电流在与镀覆了喷射金属的元件隔开的位置处流动，熔丝产生的热量被减少以降低温度的上升。
例如，专利文献5到7中公开了一种在烧结电介质基板中具有浮动电极的陶瓷电容器，其不同于在由电介质薄膜叠层构成的层叠薄膜组合件中具有浮动电极的薄膜电容器。
例如，专利文献8中公开了一种包括卷绕的聚丙烯薄膜的薄膜电容器，该薄膜电容器在其上支撑沿聚丙烯薄膜横向布置的两个电极，并且这两个电极相互串联。
专利文献1：日本专利第3710873号；
专利文献2：日本专利申请公开第09-199371号；
专利文献3：日本专利申请公开第2002-504747号；
专利文献4：日本专利申请公开第2004-134561号；
专利文献5：日本专利申请公开第07-263269号；
专利文献6：日本专利公开第2590357号；
专利文献7：日本实用新型申请公开第60-076028号；以及
专利文献8：日本专利申请公开第08-288171号。
发明内容
现已知陶瓷电容器的浮动电极可相互串联以提供更高的耐压。然而，与薄膜电容器不同，由于浮动电极被布置在烧结电介质基板中，陶瓷电容器不能同时具有自愈功能和自保护功能。
根据专利文献8中公开的薄膜电容器，在电极之间形成熔丝的蒸镀薄膜具有用于热控制的增加的厚度。然而，公开的结构不足以提供要求的热控制。
鉴于上述问题提出本发明。本发明的一个目的是提供一种薄膜电容器，其具有作为提供浮动电极的优点而获得的高耐压。另外，该薄膜电容器具有热辐射能力，并同时具有自愈功能和自保护功能，因此，该薄膜电容器能够被用在不同的应用中。
根据本发明的一种薄膜电容器包括：具有层叠结构的膜卷，电连接到膜卷一末端的第一端子，以及电连接到膜卷另一末端的第二端子，所述层叠结构包括具有在其中包括浮动电极的电介质薄膜叠层的第一层叠薄膜组合件，在第一层叠薄膜组合件的相对的表面上以将其夹在中间的关系布置的第一金属薄膜和第二金属薄膜，以及具有在其中包括浮动电极的电介质薄膜叠层的第二层叠薄膜组合件，其中，浮动电极包括一群彼此独立的小电极，每个小电极和第一金属薄膜在它们之间形成电容器，并且每个小电极和第二金属薄膜在它们之间形成电容器，并且此外其中第一电极薄膜延伸至第一层叠薄膜组合件的侧边缘以便于电连接到第一端子，并且第二电极薄膜延伸至第一层叠薄膜组合件的另一侧边缘以便于电连接到第二端子。
因为电容可被单个的小电极在电学上分开，如果发生薄膜电容器的缺陷，其电容不会被很大程度地降低。在第一层叠薄膜组合件的相对的表面上将该第一层叠薄膜组合件夹在中间的第一金属薄膜和第二金属薄膜可用作引出电极。由于第一金属薄膜和第二金属薄膜可在大面积上形成，这些薄膜可被有效地用作热辐射通道。
根据本发明的薄膜电容器具有作为提供浮动电极的优点而获得的高耐压。另外，薄膜电容器具有热辐射能力，并同时具有自愈功能和自保护功能，并且因此薄膜电容器能够被用在不同的应用中。
根据本发明，第一层叠薄膜组合件包括至少一个叠层，由没有浮动电极的电介质薄膜和在其中包括浮动电极的电介质薄膜构成。
或者，第一层叠薄膜组合件包括至少一个叠层，由至少两个各自在其中具有浮动电极的电介质薄膜构成。
根据本发明，可通过将金属薄膜蒸镀到第一层叠薄膜组合件的一个电介质薄膜上来形成小电极。
每个小电极可具有矩形形状，这些小电极在电介质薄膜上排列成矩阵。
每个小电极可具有六角形形状，这些小电极在电介质薄膜上排列成蜂房图案。
第一金属薄膜被蒸镀到层叠在电介质薄膜叠层上的电介质薄膜的主表面上，并且第二金属薄膜被蒸镀到层叠在叠层上的另一电介质薄膜的主表面上。
构成第一层叠薄膜组合件和第二层叠薄膜组合件的电介质薄膜可具有横向相对的波状边缘。上述波状侧边缘可具有例如正弦波形、三角波形或半圆波形的波形。
如上所述，根据本发明的薄膜电容器具有作为提供浮动电极的优点而获得的高耐压。另外，该薄膜电容器具有热辐射能力，并同时具有自愈功能和自保护功能，因此该薄膜电容器能够被用于不同的应用。
附图说明
图1是示出第一薄膜电容器外形的示例的透视图；
图2是第一薄膜电容器的膜卷结构的透视图，图例中有部分省略；
图3是第一薄膜电容器的膜卷结构的截面视图，图例中有部分省略；
图4A是示出浮动电极的小电极的形状和布局的示例的视图；
图4B是示出浮动电极的小电极的形状和布局的另一示例的视图；
图5是示出第一薄膜电容器的外形的另一示例的透视图；
图6是根据第一薄膜电容器的改进的膜卷结构的透视图，图例中有部分省略；
图7是第二薄膜电容器的结构的截面视图，图例中有部分省略；
图8是第三薄膜电容器的结构的截面视图，图例中有部分省略；
图9是第四薄膜电容器的结构的截面视图，图例中有部分省略；以及
图10是第五薄膜电容器的结构的截面视图，图例中有部分省略。
具体实施方式
将参考图1到10来说明根据本发明的薄膜电容器的实施例。
如图1所示，根据本发明的第一实施例的薄膜电容器(下文中称为“第一薄膜电容器10A”)包括：膜卷12，电连接到膜卷12一末端上的第一端子14，以及电连接到膜卷12另一末端上的第二端子16。
如图2所示，膜卷12包括至少两个层叠薄膜组合件(第一层叠薄膜组合件20A和第二层叠薄膜组合件20B)，所述的层叠薄膜组合件各自包括电介质薄膜18的叠层。
第一层叠薄膜组合件20A和第二层叠薄膜组合件20B各自在其中包括浮动电极22。第一层叠薄膜组合件20A被夹在布置在其相反的表面上的第一金属薄膜24和第二金属薄膜26之间。
膜卷12包括由第一金属薄膜24、第一层叠薄膜组合件20A、第二金属薄膜26以及第二层叠薄膜组合件20B构成的卷绕式叠层。
如图2和3所示，第一薄膜电容器10A的膜卷12的构成是：第一层叠薄膜组合件20A，其包括由第一电介质薄膜28A和第二电介质薄膜28B形成的叠层；被蒸镀到第二电介质薄膜28B的主表面上的浮动电极22；布置在第一层叠薄膜组合件20A的主表面(例如，上表面)上的第一金属箔30(第一金属薄膜24)；布置在第一层叠薄膜组合件20A的另一主表面(例如，下表面)上的第二金属箔32(第二金属薄膜26)；以及第二层叠薄膜组合件20B，其包括由第一电介质薄膜28A和第二电介质薄膜28B形成的叠层。
浮动电极22包括一群彼此独立的小电极34。小电极34可具有例如多边形、圆形等的几何形状，或例如豹斑的不规则形状，或上述形状的混合。小电极34可以以均等隔开或任意隔开的间隔来布置。在图4A所示的薄膜电容器10A中，小电极34各自具有矩形形状并在第二电介质薄膜28B的主表面上排列成矩阵。或者，如图4B所示，小电极34各自具有六角形形状并在第二电介质薄膜28B的主表面上排列成蜂房图案。
如图3所示，每个小电极34和第一金属箔30在它们之间形成第一电容器C1，而每个小电极34和第二金属箔32在它们之间形成第二电容C2。
第二层叠薄膜组合件20B具有相同的结构。当这些元件被卷在一起以形成膜卷12时，第一金属箔30被安置在第二层叠薄膜组合件20B的下表面上。因此，第二层叠薄膜组合件20B的每个小电极34和第一金属箔30在它们之间形成第一电容器C1，而第二层叠薄膜组合件20B的每个小电极34和第二金属箔32在它们之间形成第二电容器C2。
第一电介质薄膜28A和第二电介质薄膜28B可由PP(聚丙烯)、PET(聚对苯二甲酸乙二酯)、PPS(聚苯硫醚)等构成。第一电介质薄膜28A和第二电介质薄膜28B具有在10到200毫米范围内的宽度Wa(见图2)，以及在2.0到30微米范围内的厚度ta(见图3)。
浮动电极22的小电极34可由铝、锌或铝和锌的合金等构成。浮动电极22具有满足表面电阻在1到20欧姆/平方毫米范围内的厚度tb(见图3)。例如，厚度tb可在100到1000埃的范围内。
第一薄膜电容器10A具有：在大约几十微法到几百微法的范围内的额定电容值，几百伏的额定电压(直流)，以及几十安的额定电流。
第一薄膜电容器10A可具有圆柱形状，如图1所示，或扁平形状，如图5所示。
因为电容可由单个的小电极34在电学上分开，如果发生第一薄膜电容器10A中的缺陷，其电容不会被很大程度地降低。在第一层叠薄膜组合件20A的相对的表面上将该第一层叠薄膜组合件20A夹在中间的第一金属箔30和第二金属箔32可用作引出电极。由于第一金属箔30和第二金属箔32可在大面积上形成，这些箔可被有效地用作热辐射通道。
第一薄膜电容器10A具有作为提供浮动电极22的优点而获得的高耐压。另外，第一薄膜电容器10A具有热辐射能力，并同时具有自愈功能和自保护功能，因此第一薄膜电容器10A能够被用在不同的应用中。
图6示出根据薄膜电容器10A的改进的薄膜电容器10Aa。第一电介质薄膜28A具有波状的相对的侧边缘38a、38b，而第二电介质薄膜28B具有波状的相对的侧边缘40a、40b。在图6中，波状的相对的侧边缘被显示为定形成正弦波形。然而，波状的相对的侧边缘还可定形成三角波形、半圆波形等。
如果第一电介质薄膜28A的侧边缘38a、38b和第二电介质薄膜28B的侧边缘40a、40b是直的，那么当这些元件被卷在一起以形成膜卷12时，第一金属箔30和第二金属箔32较不易于从膜卷12的相对的末端中露出，因此第一金属箔30和第二金属箔32不能被充分地电连接到第一端子14和第二端子16。另外，不能保持膜卷12的末端与第一和第二端子14、16相互紧贴。
然而，由于第一电介质薄膜28A的侧边缘38a、38b和第二电介质薄膜28B的侧边缘40a、40b是波状的，当这些元件被卷在一起以形成膜卷12时，第一金属箔30和第二金属箔32易于从膜卷12的相对的末端中露出，并且不仅被适当地电连接到第一端子14和第二端子16，而且被保持为紧贴第一和第二端子14、16。因此，侧边缘和端子之间的紧密接触防止大的局部电流流动，从而使得薄膜电容器高度可靠。
如图7所示，根据本发明第二实施例的薄膜电容器(下文中称为“第二薄膜电容器10B”)具有与第一薄膜电容器10A基本相同的结构，但与其存在如下差异。
第一层叠薄膜组合件20A和第二层叠薄膜组合件20B中的每一个包括交替的第一电介质薄膜28A和第二电介质薄膜28B的叠层。在图7中，第一层叠薄膜组合件20A包括两个由第一电介质薄膜28A和第二电介质薄膜28B构成的叠层50。类似地，第二层叠薄膜组合件20B包括两个由第一电介质薄膜28A和第二电介质薄膜28B构成的叠层50。
第一金属箔30被布置在安置在第一层叠薄膜组合件20A的上部的第一电介质薄膜28A的上表面上，并且第二金属箔32被布置在安置在第一层叠薄膜组合件20A的下部的第二电介质薄膜28B的下表面上。浮动电极22被布置在每个第二电介质薄膜的主表面上。
膜卷12包括由第一金属箔30、第一层叠薄膜组合件20A、第二金属箔32以及第二层叠薄膜组合件20B构成的卷绕式叠层。
在第一层叠薄膜组合件20A中，一个第二电介质薄膜28B上的浮动电极22中的每个小电极34和第一金属箔30在它们之间形成第二十一电容器C21，而该第二电介质薄膜28B上的浮动电极22中的每个小电极34与另一第二电介质薄膜28B上相应的一个小电极34一起在它们之间形成第二十二电容器C22。该另一第二电介质薄膜28B上的每个小电极34和第二金属箔32在它们之间形成第二十三电容器C23。如上所述，该另一第二电介质薄膜28B上的每个小电极34与一个第二电介质薄膜28B上相应的一个小电极34一起在它们之间形成第二十二电容器C22。
第二层叠薄膜组合件20B在结构上是类似的。当这些元件被卷在一起以形成膜卷12时，第一金属箔30被安置在第二层叠薄膜组合件20B的下表面上。因此，第二层叠薄膜组合件20B的一个第二电介质薄膜28B上的浮动电极22中的每个小电极34和第一金属箔30在它们之间形成第二十一电容器C21，而该第二电介质薄膜28B上的浮动电极22中的每个小电极34与另一第二电介质薄膜28B上相应的一个小电极34一起在它们之间形成第二十二电容器C22。该另一第二电介质薄膜28B上的每个小电极34和第二金属箔32在它们之间形成第二十三电容器C23。如上所述，该另一第二电介质薄膜28B上的每个小电极34与一个第二电介质薄膜28B上相应的一个小电极34一起在它们之间形成第二十二电容器C22。
第二薄膜电容器10B也具有作为提供浮动电极22的优点而获得的高耐压。另外，第二薄膜电容器10B具有热辐射能力，并同时具有自愈功能和自保护功能，因此第二薄膜电容器10B能够被用在不同的应用中。
如图8所示，根据本发明的第三实施例的薄膜电容器(下文中称为“第三薄膜电容器10C”)与第二薄膜电容器10B的结构基本相同，但与其存在如下差异。
第一层叠薄膜组合件20A和第二层叠薄膜组合件20B中的每一个包括四个由第一电介质薄膜28A和第二电介质薄膜28B构成的叠层50。
在第一层叠薄膜组合件20A中，第一叠层(由最接近第一金属箔30的第一电介质薄膜28A和第二电介质薄膜28B构成的叠层50)的一个第二电介质薄膜28B上的浮动电极22中的每个小电极34和第一金属箔30在它们之间形成第三十一电容器C31，并且该第二电介质薄膜28B上的浮动电极22中的每个小电极34与相邻的第二叠层50的第二电介质薄膜28B上对应的一个小电极34一起在它们之间形成第三十二电容器C32。
如上所述，第二叠层50的第二电介质薄膜28B上的每个小电极34与第一叠层50的第二电介质薄膜28B上相应的一个小电极34一起在它们之间形成第三十二电容器C32。第二叠层50的第二电介质薄膜28B上的每个小电极34与相邻的第三叠层50的第二电介质薄膜28B上相应的一个小电极34一起在它们之间形成第三十三电容器C33。
如上所述，第三叠层50的第二电介质薄膜28B上的每个小电极34与第二叠层50的第二电介质薄膜28B上相应的一个小电极34一起在它们之间形成第三十三电容器C33。第三叠层50的第二电介质薄膜28B上的每个小电极34与相邻的第四叠层50的第二电介质薄膜28B上相应的一个小电极34一起在它们之间形成第三十四电容器C34。
第四叠层50的第二电介质薄膜28B上的每个小电极34和第二金属箔32形成第三十五电容器C35。如上所述，第四叠层50的第二电介质薄膜28B上的每个小电极34与第三叠层50的第二电介质薄膜28B上对应的一个小电极34一起在它们之间形成第三十四电容器C34。
第二层叠薄膜组合件20B在结构上是类似的。当这些元件被卷在一起以形成膜卷12时，第一金属箔30被安置在第二层叠薄膜组合件20B的下表面上。和第一层叠薄膜组合件20A一样，第二层叠薄膜组合件20B形成第三十一电容器C31到第三十五电容器C35。
第三薄膜电容器10C也具有作为提供浮动电极22的优点而获得的高耐压。另外，第三薄膜电容器10C具有热辐射能力，并同时具有自愈功能和自保护功能，因此第三薄膜电容器10C能够被用在不同的应用中。
第二薄膜电容器10B具有两个由第一电介质薄膜28A和第二电介质薄膜28B形成的叠层50，第三薄膜电容器10C具有五个由第一电介质薄膜28A和第二电介质薄膜28B形成的叠层50。然而，根据本发明的薄膜电容器还可具有三个叠层，或者五个或更多的叠层。
如图9所示，根据本发明的第四实施例的薄膜电容器(下文中称为“第四薄膜电容器10D”)与第一薄膜电容器10A的结构基本相同，但与其存在如下差异。
第一层叠薄膜组合件20A包括由第一电介质薄膜28A和第二电介质薄膜28B构成的叠层50，其中一第一电介质薄膜28A层叠在叠层50的上表面上，并且一第一电介质薄膜28A层叠在叠层50的下表面上。第二层叠薄膜组合件20B在结构上类似。特别地，第一层叠薄膜组合件20A包括一卷绕式叠层，该卷绕式叠层由具有蒸镀在其主表面(上表面)上的第一引出电极46A(第一金属薄膜24)的第一电介质薄膜28A，叠层50，以及具有蒸镀在其另一主表面(下表面)上的第二引出电极46B(第二金属薄膜26)的第一电介质薄膜28A构成。第四薄膜电容器10D也具有作为提供浮动电极22的优点而获得的高耐压。另外，第四薄膜电容器10D具有热辐射能力，并同时具有自愈功能和自保护功能，因此第四薄膜电容器10D能够被用在不同的应用中。
在上述实施例中，第一层叠薄膜组合件20A和第二层叠薄膜组合件20B中的每一个包括的叠层50由没有浮动电极22的第一电介质薄膜28A和在其中包括浮动电极22的第二电介质薄膜28B构成。然而，图10所示的根据本发明的第五实施例的薄膜电容器(下文中称为“第五薄膜电容器10E”)包括的叠层52具有两个或更多个各自具有浮动电极22的第二电介质薄膜28B。在图10所示的第五薄膜电容器10E中，叠层52被层叠在第二金属箔32上，没有浮动电极22的第一电介质薄膜28A被层叠在叠层52上，并且第一金属箔30被层叠在第一电介质薄膜28A上。图10所示的叠层52的结构也可应用于第一薄膜电容器10A到第四薄膜电容器10D。
在第一薄膜电容器10A到第五薄膜电容器10E中，第一层叠薄膜组合件20A和第二层叠薄膜组合件20B具有相同的层叠结构。然而，第一层叠薄膜组合件20A和第二层叠薄膜组合件20B可分别具有不同的层叠结构。
根据本发明的薄膜电容器不限于上述实施例，并且可在不背离如所附权利要求阐述的本发明的范围的情况下对这些实施例进行不同的变化和修正。
Claims (8)
1.一种薄膜电容器，包括具有层叠结构的膜卷(12)，电连接到膜卷(12)一末端的第一端子(14)，以及电连接到膜卷(12)另一末端的第二端子(16)，所述膜卷(12)包括第一层叠薄膜组合件(20A)以及第二层叠薄膜组合件(20B)，所述第一层叠薄膜组合件(20A)具有在其中包括浮动电极(22)的电介质薄膜叠层、在第一层叠薄膜组合件(20A)的相对的表面上以将其夹在中间的关系布置的第一金属薄膜(24)和第二金属薄膜(26)，所述第二层叠薄膜组合件(20B)具有在其中包括浮动电极(22)的电介质薄膜叠层；
其中，浮动电极(22)包括一群彼此独立的小电极(34)；
每个小电极(34)和第一金属薄膜(24)在它们之间形成电容器，并且每个小电极(34)和第二金属薄膜(26)在它们之间形成电容器；
第一金属薄膜(24)延伸至第一层叠薄膜组合件(20A)的侧边缘以便于电连接到第一端子(14)；并且
第二金属薄膜(26)延伸至第一层叠薄膜组合件(20A)的另一侧边缘以便于电连接到第二端子(16)。
2.如权利要求1所述的薄膜电容器，其中第一层叠薄膜组合件(20A)包括至少一个叠层(50)，其由没有浮动电极(22)的电介质薄膜(28A)和在其中包括浮动电极(22)的电介质薄膜(28B)构成。
3.如权利要求1所述的薄膜电容器，其中第一层叠薄膜组合件(20A)包括至少一个叠层(52)，其由至少两个各自具有浮动电极(22)的电介质薄膜(28B)构成。
4.如权利要求1所述的薄膜电容器，其中通过将金属薄膜蒸镀到第一层叠薄膜组合件(20A)的一个电介质薄膜上来形成小电极(34)。
5.如权利要求4所述的薄膜电容器，其中每个小电极(34)具有矩形形状，小电极(34)在电介质薄膜上排列成矩阵。
6.如权利要求4所述的薄膜电容器，其中每个小电极(34)具有六角形形状，小电极(34)在电介质薄膜上排列成蜂房图案。
7.如权利要求2所述的薄膜电容器，其中所述第一层叠薄膜组合件(20A)包括层叠在所述叠层(50)的上表面上的电介质薄膜(28A)和层叠在所述叠层(50)的下表面上的电介质薄膜(28A)，所述第一金属薄膜(24)被蒸镀到层叠在所述叠层(50)的上表面上的所述电介质薄膜(28A)的主表面上，并且第二金属薄膜(26)被蒸镀到层叠在所述叠层(50)的下表面上的所述电介质薄膜(28A)的另一主表面上。
8.如权利要求1所述的薄膜电容器，其中构成第一层叠薄膜组合件(20A)和第二层叠薄膜组合件(20B)的电介质薄膜具有横向相对的波状边缘。
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