CN114568035A - 电容器 - Google Patents

电容器 Download PDF

Info

Publication number
CN114568035A
CN114568035A CN202180005644.8A CN202180005644A CN114568035A CN 114568035 A CN114568035 A CN 114568035A CN 202180005644 A CN202180005644 A CN 202180005644A CN 114568035 A CN114568035 A CN 114568035A
Authority
CN
China
Prior art keywords
capacitor
polyamideimide
dielectric layer
electrode
prepolymer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202180005644.8A
Other languages
English (en)
Inventor
B·思克斯
S·萨克斯
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
TDK Corp
Original Assignee
TDK Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by TDK Corp filed Critical TDK Corp
Publication of CN114568035A publication Critical patent/CN114568035A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G4/00—Fixed capacitors; Processes of their manufacture
    • H01G4/32—Wound capacitors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G4/00—Fixed capacitors; Processes of their manufacture
    • H01G4/002—Details
    • H01G4/018—Dielectrics
    • H01G4/06—Solid dielectrics
    • H01G4/14—Organic dielectrics
    • H01G4/18—Organic dielectrics of synthetic material, e.g. derivatives of cellulose
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G4/00—Fixed capacitors; Processes of their manufacture
    • H01G4/002—Details
    • H01G4/005—Electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G4/00—Fixed capacitors; Processes of their manufacture
    • H01G4/002—Details
    • H01G4/018—Dielectrics
    • H01G4/06—Solid dielectrics
    • H01G4/14—Organic dielectrics
    • H01G4/145—Organic dielectrics vapour deposited
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G4/00—Fixed capacitors; Processes of their manufacture
    • H01G4/002—Details
    • H01G4/228—Terminals
    • H01G4/232—Terminals electrically connecting two or more layers of a stacked or rolled capacitor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G4/00—Fixed capacitors; Processes of their manufacture
    • H01G4/30—Stacked capacitors

Abstract

电容器和用于制造电容器的方法，具有均一的介电层，其中介电层(2)包含聚酰胺酰亚胺，并且第一电极(3)与介电层(2)直接相邻布置。

Description

电容器
本发明涉及一种电容器。
聚合物电介质广泛应用于功率电子学应用中，尤其是无源元件例如电容器中。
作为电容器电介质例如已经提出了含聚酰亚胺的介电膜，例如US 2007/0258190A1中的聚醚酰亚胺。
迄今为止，聚酰胺酰亚胺主要通过其作为漆包线或类似物的耐温涂层的用途而已知。
迄今为止，主要提出将它们与无机组分结合作为介电层用于电容器应用。
日本专利申请JP 2000-338667公开了聚酰胺酰亚胺可以是电容器电介质中用于无机颗粒的基质成分。
US 2010/0259865 A1公开了聚酰胺酰亚胺可用于具有非均质介电层的电容器中，该非均质介电层由有机聚合物材料作为第一介电层和无机材料作为第二介电层组成。
然而，迄今为止还没有已知使用聚酰胺酰亚胺作为具有出色温度稳定性和同时高或定制的介电常数的电容器材料。
根据第一方面，给出了具有均一介电层的电容器。在此，介电层具有聚酰胺酰亚胺并且至少一个第一电极被布置为与介电层直接相邻。
直接相邻的电极可以平放在该层上。优选在分子水平上直接接触，如其例如可以用下面描述的涂覆方法来实现。
第二电极同样优选是电容器的一部分。任选地或根据技术要求，优选的是，第二电极也与介电层直接相邻布置。在这种情况下，介电层被第一和第二电极以夹心状包围。
均一介电层例如可以是均质的并且包含聚酰胺酰亚胺。在此，均质尤其可以意味着介电层不含会使该层不均质的添加物质。特别优选的是介电层中不包含微米或纳米材料或额外的其他固体。介电层优选不包含混合材料。由于电极与均一介电层直接相邻布置，因此在均一介电层与电极之间也不存在除了均一介电层之外的其他层片。
与其他基于聚合物的介电层相比，具有聚酰胺酰亚胺的均一介电层带来的优点是，其具有至高近 300℃ 的温度稳定性。此外，含聚酰胺酰亚胺的介电层可以在宽的输入频率范围内具有高介电常数。在这种情况下，优选还保持高击穿电压。
因此，用聚酰胺酰亚胺作为电容器应用中的介电层的聚合物材料，可以在同时定制或稳定的介电性能的情况下满足对高的温度稳定性的矛盾要求。
因此，具有聚酰胺酰亚胺的均一电介质可以代替双轴取向聚丙烯 (BOPP)，双轴取向聚丙烯 (BOPP)是电容器电介质最广泛使用的材料之一。这可能是一个优点，因为 BOPP以最高105℃的通常的使用温度和2.2 范围内的低介电常数相对于当前的发展已经达到其性能极限，特别是在同时保持电气和电子参数的情况下的温度稳定性方面。
因此，具有根据本发明的聚酰胺酰亚胺的介电层可以具有至高150℃的更高的温度稳定性。此外，在升高的温度下也可以实现几乎两倍于 BOPP 的介电常数。
因此，甚至可以满足对未来应用（例如在航空航天技术中）的要求，其中可以实现超过 150℃、可能超过 200℃ 的工作温度。
根据电容器的一个优选实施方案，介电层的至少50重量％由聚酰胺酰亚胺组成。
在均一介电层中如此高的聚酰胺酰亚胺比例可以确保聚酰胺酰亚胺的优异介电性能优于其他可能的任选组分。
优选地，介电层具有90％或更多的聚酰胺酰亚胺重量比例，还更优选介电层仅由聚酰胺酰亚胺组成。
发明人已经认识到，聚酰胺酰亚胺可以容易地化学官能化。因此，其可以根据依照应用应满足的优异的电气或电子性能而在其性能中例如仅用有机组分灵活地定制。因此，优选如此制造电容器，使得介电层，其优选为均一介电层，不含固体附加材料如无机材料。介电层优选不是混合材料。
不含无机材料的介电层可以比由无机-有机混合材料制成的混合层更容易制造。
优选地，电容器的介电层具有包含聚酰胺酰亚胺的酰胺基团和酰亚胺基团的聚酰胺酰亚胺主链。
这意味着，特别是聚酰胺酰亚胺聚合物的主链仅通过酰胺或酰亚胺键形成。这并不排除可以将进一步的化学官能团连接到主链上或主链中。
聚酰胺酰亚胺化合物或所含化学键是高温稳定的，这对于在高温条件下使用的介电层来说是一个优点。
作为更优选的方面，含于介电层中的聚酰胺酰亚胺主链可以相互化学交联，即它们可以具有交联。
通过定制的交联数可以有针对性地调节聚酰胺酰亚胺的机械和电子性能，特别是温度性能。
原则上，本申请意义上的术语“交联”包括存在于聚酰胺酰亚胺主链之间或一个聚酰胺酰亚胺主链的不同点之间的任何类型的共价化学键。交联是除了聚酰胺酰亚胺主链的重复单元之间的化学键之外形成的化学键。在这种情况下，优选如此选择交联数，从而形成热塑性聚酰胺酰亚胺。
优选地，交联包括将一个聚酰胺酰亚胺主链的末端单元与另一个聚酰胺酰亚胺主链的末端单元连接的线性链接，由此串联形成链连接。优选地，主链之间的线性链接与聚酰胺酰亚胺主链内的连接类型不同。因此，该交联优选不具有酰胺酰亚胺基序。然而，该交联可以是酰胺键或酰亚胺键。这样的键在此可以突破在聚酰胺酰亚胺主链中重复的聚酰胺酰亚胺基序的重复基序。其可以线性串联链接多个聚酰胺酰亚胺主链。
交联数可以通过退火温度来控制。该温度越高，彼此串联链接的聚酰胺酰亚胺主链越多。因此，聚合物链随着退火温度的升高而变长。由此，可以提高介电层的机械稳定性。此外，可以降低损耗因数。这种通过温度控制交联度的方式特别是对于线性链接而言是优选的。
化学交联优选通过氨基甲酸酯桥形成。
氨基甲酸酯桥优选可以通过位于主链上的异氰酸酯基团形成，其与另一主链上的羟基反应，以形成氨基甲酸酯键。
内酰胺也可以作为官能团存在于起始材料中，因为它们用作保护基团，用以控制异氰酸酯基团与羟基之间的反应。这种内酰胺例如可以通过温度作用来打开，由此形成异氰酸酯基团，然后又与羟基，例如另一主链的羟基反应。这意味着，异氰酸酯基团和/或内酰胺官能团可以存在于起始材料中。然而，优选地，起始材料中仅存在内酰胺，因为如此可以在室温下实现较长的耐久性。此外，如此也可延长介电层制造期间的可使用的液滴时间。
替代或补充其他交联如氨基甲酸酯桥，可优选在聚酰胺酰亚胺主链之间形成酰亚胺桥。
例如，酰亚胺桥可以通过酸酐基团与另一个聚酰胺酰亚胺主链上的合适基团(例如胺)的反应而反应形成酰亚胺，以在两个聚酰胺酰亚胺主链之间形成作为交联的酰亚胺桥。优选地，酸酐基团是邻苯二甲酸酐基团。通过这样的反应还可以在一个聚酰胺酰亚胺主链的不同点之间形成链接。
氨基甲酸酯桥和酰亚胺桥都特别好地适用于线性链接的技术上简单的形成。此外，借助于控制退火温度可以特别精确地调节与这些基团的线性链接程度。
此外，也可以通过脲桥形成交联。这可以在酰胺基团的参与下在聚酰胺酰亚胺主链上形成。特别优选通过其形成三维交联，即借助于这种键基序不仅仅形成线性链接。还更优选地，通过脲桥仅形成这样的交联，该交联是非线性链接。特别优选地，除了线性链接之外还可以存在这些。例如，可以是通过脲桥三维交联和通过酰亚胺桥或氨基甲酸酯桥线***联的聚合物材料形成的用于介电层或可以形成通过脲桥三维交联和通过酰亚胺或氨基甲酸酯桥进行线***联的聚合物材料用于介电层。
原则上，除了酰亚胺桥之外，可以存在氨基甲酸酯桥。然而，优选仅存在一个线性链接基序，因为这使得过程控制简单一些。
合适的起始材料的一个实例例如是商购可得的 RESISTHERN ® AI 336 L。
聚酰胺酰亚胺树脂溶液可以用作这种起始材料的一个实例，它尤其也可以用于导线或电极的绝缘涂覆。这种聚酰胺酰亚胺树脂溶液的一个实例是，例如，商购可得的RESISTHERN ® AI 336 L。
作为电容器的均一介电层的另一优选方面，介电层可以形成为使得聚酰胺酰亚胺主链是部分芳族的。
部分芳族的聚酰胺酰亚胺主链尤其有助于柔韧性和温度稳定性的平衡比。因此，全芳族的聚酰胺酰亚胺主链可能过于刚性。然而，通过部分芳香性，即，例如，酰亚胺组分上的芳香性，可以同时获得必要的温度稳定性和柔韧性。
根据一个优选的方面，聚酰胺酰亚胺可以具有亚苯基和/或呋喃基作为官能团。
例如，在聚酰胺酰亚胺主链中引入亚苯基可能与获得主链的必要柔韧性有关。因此，根据选择，通过主链中的一个或多个不同的亚苯基调整重复单元的长度及其柔韧性。因此，例如，联苯、二苯基甲烷和三苯基甲烷、邻-和对二苄基苯或三苄基苯可用作可能的亚苯基。原则上，在一个聚酰胺酰亚胺主链中也可以存在多个不同的这些亚苯基或另外的亚苯基。即，不同的亚苯基可以存在于一个聚酰胺酰亚胺主链中。然而，通常在一个主链中仅存在一种类型的亚苯基。
由于呋喃类基团本身具有高极性，因此可以通过选择不同的呋喃类基团来调节介电层的极性。例如，为此使用苯并呋喃类、二苯并呋喃类、呋喃酮类或羟基呋喃酮类。例如，羟基呋喃酮类或其他呋喃衍生物可以具有一个或多个羟基，它们为用于通过作为反应参与物的异氰酸酯基团交联以形成氨基甲酸酯桥所需，异氰酸酯基团例如可以由内酰胺基团形成。
根据另一优选方面，聚酰胺酰亚胺可以具有根据化学式1的结构，其中R1在此是未反应的基团，如内酰胺、酸酐或胺或氨基甲酸酯桥或酰亚胺桥。优选地，R1是氨基甲酸酯桥或酰亚胺桥。R2在此可以是亚苯基并且R3是呋喃。或者，R3也可以是氨基甲酸酯桥或酰亚胺桥。在这种情况下，聚酰胺酰亚胺主链在两端与另外两条聚酰胺酰亚胺主链链接。
【化学式1】
Figure 246426DEST_PATH_IMAGE001
原则上，如上面已经描述的，内酰胺是优选的基团，其例如作为R1在末端连接在起始材料中的聚合物链中。通过由内酰胺形成的异氰酸酯基团，原则上可以形成至另一聚酰胺酰亚胺主链的桥例如以氨基甲酸酯桥的形式。内酰胺例如可以是β、γ、δ或ε内酰胺。其中优选的特别是δ和ε内酰胺。
氨基甲酸酯桥可以由起始材料中末端的内酰胺和末端的具有羟基的呋喃形成，由此使主链串联连接，并从而延长。通过该反应可以使主链如此交联，以至于形成的聚酰胺酰亚胺层具有热塑性性能。在此如此调整交联数，以使电容器的介电层不会变得过于刚性和过脆。
如上所述，线性链接的酰亚胺桥可以通过酸酐例如邻苯二甲酸酐来形成，其与胺反应。或者，异氰酸酯基团可以与酸酐基团反应形成酰亚胺，由此解离出CO2。
在起始材料中，即在制备包括线性链接的交联之前，适用于相应链接的官能团位于化学式 1 中的R3或R1位置中。
在电容器的一个优选实施方式中，多个第一电极层与第二电极层交替堆叠。每两个相邻的电极层之间布置一个介电层。
也就是说，电容器可以是多层电容器。
或者，例如可以从线圈上切割下一个多层电容器。在这种情况下，可以使用导电的或优选含金属的结构化的层作为电极，其具有至少两个电气分离的区域，因此其用作电容器电极。
根据另一优选方面，所有的第一电极层可以与第一外接触件导电连接，并且所有的第二电极层可以与第二外接触件导电连接。
可以通过火焰喷涂、PVD 工艺或其他方法来施加所述外接触件。
具有相应外接触件的多层电容器允许在各种技术应用中使用。
根据另一实施方式，基板可以布置在电容器的平行于电极层平面的侧面。
如上所述，这样的基板可以是导电的，即也可以实现电极功能，但它也可以起绝缘作用并且在制造过程之后保留在部件上。
特别地，如上所述的电容器可以是表面贴装器件（SMD）。
此外，如上所述的电容器也可以是通孔电容器，即其具有用于通孔安装的导线。用这些导线，电容器可以导电和机械连接到外部的接触位点。
所述电容器也可以是卷绕式电容器。特别是在这种情况下，电容器可以具有仅一个金属化物作为电极，其与介电层直接接触。具有两个与介电层直接接触的电极的构造也是可能的。
作为本发明的另一方面，给出了一种用于制造电容器的方法，包括制造介电层。介电层通过将预聚物-聚酰胺酰亚胺溶液施加到沉积面上，然后干燥沉积面上的预聚物-聚酰胺酰亚胺溶液，并对干燥的预聚物-聚酰胺酰亚胺溶液进行退火来制备。
沉积面可以是电极或电极层的表面。沉积面也可以是基板的表面。基板可以是成品电容器的基板，或者也可以仅仅是中间载体，基所施加的和任选交联的聚酰胺酰亚胺膜又从该中间载体上分离。
通过这种方法，可以制造如上所述的电容器。
由此也可以制造均一介电层。预聚物-聚酰胺酰亚胺溶液尤其可以是也适合作为绝缘涂层的树脂的溶液，例如溶解在有机溶剂中的RESISTHERN® AI 336 L。
聚酰胺酰亚胺原则上可溶于多种溶剂中，并且可以以多种浓度来施加，以形成封闭的层或膜。因此，它们适用于灵活使用多种沉积方法或不同的层厚度，如下文更详细说明的。
在干燥预聚物-聚酰胺酰亚胺溶液时，可以除去大部分或全部的溶剂。
在使干燥的预聚物-聚酰胺酰亚胺溶液退火时，材料变稠并且可以在如此形成的层中开始交联，例如通过内酰胺。
交联反应的速度可以通过退火温度来确定。
交联度优选通过预聚物-聚酰胺酰亚胺溶液中的聚酰胺酰亚胺主链上的连接基团数(例如，经由通过作为内酰胺被保护的异氰酸酯基团)来确定，并且选择退火温度以使所有连接基团形成交联。
在一个优选的情况下，连接基团布置在聚酰胺酰亚胺主链的末端。原则上，但特别是在这种情况下，可以通过退火温度影响或调节交联度。所选择的退火温度越高，在给定时间内形成的交联越多。由此可以使更多的聚酰胺酰亚胺主链彼此链接。
作为另一方面，如上所述，该方法可以进行修改以使沉积面是基板的表面，在其制造之后使介电层从沉积面上分离，以产生介电薄膜，将该介电薄膜金属化，最后卷绕该金属化的介电薄膜。
因此，可以使用上述方法用于制造卷绕式电容器。这具有优点，即通过金属化提供有第一和第二电极的如此形成的介电层或薄膜在金属化之前也还能够被加工。例如，可以使用诸如薄膜拉制等方法，以优化材料性能。
根据另一方面，电容器的制造可以包括以下几点：使用导电基板或替代地给基板在其表面上制造第一电极层。沉积面因此可以是导电基板的表面或第一电极层。在将介电层施加到沉积面上之后，可以在介电层上制造第二电极层，并且可以通过将预聚物-聚酰胺酰亚胺溶液施加到第二电极层上、将其干燥并随后退火，在该第二电极层上制造另一介电层。
在导电基板的情况下，该基板可以用作电极，例如用作第一电极。可以在其上方施加第二电极层。在这种情况下，当然可以在第二电极层上又施加另一介电层，然后随后施加第一电极层，以获得多层电容器。
替代于此，基板例如可以如所述般是非导电的，即电绝缘的。在这种情况下，首先施加电极层，然后在基板上方施加或布置另外的层。在这两种情况下都涉及由溶液构建堆叠的多层电容器的方法，而不是卷绕式电容器或从卷材上切割下来的多层电容器。
对于上述方法而言优选的是预聚物-聚酰胺酰亚胺溶液包含聚酰胺酰亚胺主链，在该聚酰胺酰亚胺主链上异氰酸酯基团和/或还更优选地作为内酰胺基团被保护的异氰酸酯基团布置在该聚酰胺酰亚胺主链上。
这些具有上述优点。
该方法可以优选如此进行，即预聚物-聚酰胺酰亚胺溶液通过刮涂、旋涂(Spin-Coaten)、喷嘴涂覆(Slot Die Coaten)或喷涂(Spray-Coaten)来施加。
下面使用示例性实施方案更详细地描述本发明。这些示例性实施方案呈现在以下附图中，这些附图不是按比例绘制的。因此不能从图中获取长度以及相对和绝对尺寸。本发明也不限于以下描述。
图1以示意性截面示出了电容器的第一实施例。
图2a示出了在热重分析中聚酰胺酰亚胺层的质量损失。图2b示出了电容器的损耗因数的曲线。
图3以示意性截面示出了作为电容器的第二实施例的第一多层电容器。
图4以示意性截面示出了作为电容器的第三实施例的第二多层电容器。
图5以示意性截面示出了作为电容器的第四实施例的第三多层电容器。
图6以示意性截面示出了作为电容器的第五实施例的适合于贯通安装的多层电容器。
图7以示意性截面示出了作为电容器的第六实施例的卷绕式电容器。
图1以示意性截面示出了电容器1的第一实施例。该电容器1具有有机介电层2。该介电层2是均一层。这意味着它由单一材料组成，并且不包含可以相互分离的体积区域。因此它也不是复合材料。介电层2的至少50重量％由聚酰胺酰亚胺组成。优选地，聚酰胺酰亚胺比例较高，例如超过90％。还更优选地，介电层2仅由聚酰胺酰亚胺组成。
聚酰胺酰亚胺可以是任意的聚酰胺酰亚胺，特别是它可以是部分芳族的聚酰胺酰亚胺。根据结构式1的聚酰胺酰亚胺是特别优选的。
【结构式1】
Figure 960304DEST_PATH_IMAGE001
根据结构式1的聚酰胺酰亚胺具有聚酰胺酰亚胺主链并且可以具有多个官能团。例如，在聚酰胺酰亚胺主链中可以包含亚苯基作为结构式1的R2。通过亚苯基可以调节聚酰胺酰亚胺主链的柔韧性。例如，可以使用联苯、二苯基甲烷或三苯基甲烷、邻-或对二苄基苯或三苄基苯。
此外，呋喃类基团尤其可以布置在聚酰胺酰亚胺主链上的末端例如作为R3。因此，通过其极性可以调节介电层的极性。例如，可以使用苯并呋喃类、二苯并呋喃类、呋喃酮类或羟基呋喃酮类作为呋喃类基团。
或者，可以使用酸酐作为R3。
此外，介电层2中的不同聚酰胺酰亚胺主链之间优选存在交联。
聚酰胺酰亚胺主链优选通过氨基甲酸酯桥和/或酰亚胺相互链接。例如，这些链接可以在末端位于结构式1中的基团R1的位置上。替代于此，尚未桥接的基团可以存在于R1位置中，如例如内酰胺异氰酸酯或酸酐。
介电层2优选地由适用于涂覆导线的聚酰胺酰亚胺树脂混合物制成，例如RESISTHERN® AI 336 L溶液。
第一电极3和第二电极4布置在介电层2的上方和下方。第一电极3、介电层2和第二电极4都可以是平面形成的。
优选的堆叠在平面形成的层的最大面上进行。
电极的层厚度例如可以为10至50nm，优选20nm。取决于制造方法，介电层2的层厚度可以设定为500nm至10μm。
电极可以由铝或银构成，或者优选由铝-锌合金构成。或者，电极可以是由铬/铝、铬/银或铬/镍/铝或铬/镍/银制成的多层电极。除了此处示出的元素外，可以将碳氢化合物保护层，例如聚对二甲苯或氟基烃，安置在电容器的没有电极（未显示）的一侧上。
作为附图中未示出的替代方案，可以仅一个电极与介电层接触。
图1中所示的电容器的第一实施例可以通过每种任意的方法来制造。它优选通过基于溶剂的工艺来制造。例如，可以首先在基板上制造第一电极3。基板可以是刚性基板，例如玻璃或半导体晶片。它可以是金属箔，例如铝或铜，或柔性聚合物薄膜，例如聚酰亚胺或离型带（Releasetape）。第一电极通过物理气相沉积（物理气相沉积，PVD），例如溅射或热蒸发，施加到基板表面上。
现在可以由预聚物-聚酰胺酰亚胺溶液将介电层2施加到作为沉积面的电极3的表面上。预聚物-聚酰胺酰亚胺溶液优选包含很大程度上没有交联的聚酰胺酰亚胺。
预聚物-聚酰胺酰亚胺溶液由商购可得的聚酰胺酰亚胺树脂混合物（例如RESISTHERN ® AI 336）通过额外用溶剂稀释来制造。
聚酰胺酰亚胺树脂混合物以大约 36% 的非挥发性物质（主要是聚酰胺酰亚胺主链）含于 N-甲基吡咯烷酮 (NMP) 和二甲苯的溶液中。它的初始粘度为 4750 ± 1750 mPas。此外，它的密度约为 1.1 g/ml。
用二甲苯或N-甲基吡咯烷酮将如此提供的聚酰胺酰亚胺溶液的浓度调节至初始聚酰胺酰亚胺浓度的20％或更小。例如，产生相对于在二甲苯中的初始聚酰胺酰亚胺树脂混合物19质量％或15质量％的聚酰胺酰亚胺浓度。
所使用的浓度取决于要实现的层厚度或取决于所使用的沉积方法的类型。
在作为沉积面的第一电极3的表面上，现在可以施加如此制备的预聚物-聚酰胺酰亚胺溶液。所述施加可以通过刮涂、模板印刷、旋涂或喷涂来完成。涂布方法取决于要实现的介电层2的厚度。因此，尤其可以通过旋涂或喷涂来施加500nm至5μm的较厚的层，或者通过刮涂或模板印刷来施加例如1 μm至10 μm的更厚的层。
如此施加的溶液在60至100℃的温度下，优选在80℃下干燥。然后将干燥的膜在超过200℃的温度下，优选在 250℃下退火。
在干燥时除去大部分的溶剂。通过退火去除进一步的挥发性物质成分。此外，主链之间的交联可以在退火时开始。在250℃的温度下，在5-10分钟内即可实现几乎完全的交联。在此，优选将作为内酰胺被保护的异氰酸酯基团活化，然后其与存在的羟基反应，所述羟基例如存在于呋喃残基上，或与酸酐反应。
冷却后，又可以通过PVD将第二电极4施加到如此制备的介电层上。
在该方法结束时，可以除去基板，以获得图1的物体。然而，原则上它也可以保留在电容器上。
图2A示出了所用聚酰胺酰亚胺树脂混合物的热重分析(TGA)。温度斜坡恒定为10K/min。如图 2A的曲线图所示，直至大约275℃的温度没有出现质量损失。在超过约 300℃的温度下才发生小于 5% 的质量损失。在超过400℃才存在高于 5%的质量损失。
这证明了作为电介质的聚酰胺酰亚胺的极高的温度稳定性。特别是，对于未来的应用，可以预期超过 200°C 的长期温度稳定性。
特别地，这允许例如通过焊接安装成品电容器，而不会预期部件或介电层的退化。
聚酰胺酰亚胺作为电容器用电介质的其他有利性能显示在下表 1 和 2 中以及在图 2B的曲线图中。
表 1 示出了类似于其在图 1 中描述的构造的聚酰胺酰亚胺平板电容器的介电损耗因数 (tan δ)。这里测量的介电层是由上述聚酰胺酰亚胺树脂混合物测量的(刮刀速度50mm/s)，用二甲苯作为溶剂将该混合物相对于初始混合物稀释至15％的质量比例。层厚度为3 μm，电容器面积为50 mm2。用Novocontrol 的带有冷却/加热体系PHECOS的Keysight E4990A 进行测量。
Figure 271200DEST_PATH_IMAGE002
如表 1 所示，在所检查的频率-和温度范围内，损耗因数始终低于 2%。值得注意的是，损耗因数甚至随着温度的升高而略有改善。这表明作为电介质的聚酰胺酰亚胺带来了优异的介电性能。
这也在图2B中所示的曲线图中得到证实，该图示出了在150℃的恒定温度下关于表1描述的介电层的损耗因数与频率的依赖性。由此可以观察到，在第一近似值中的在 1kHz与1 MHz 之间的所检查的频率范围内的损耗因数可以被视为常数。
该恒定的性能一般性地允许广泛使用聚酰胺酰亚胺电容器，具体地允许单个聚酰胺酰亚胺电容器的高的柔韧性。
表2示出对应于根据图1的构造的聚酰胺酰亚胺平板电容器的介电常数(εr)对温度和电频率的依赖性。这里使用的介电层是用相对于初始使用的聚酰胺酰亚胺树脂混合物19重量％的溶液制造的。层厚度为5μm，电容器面积为50mm2。用Novocontrol 的带有冷却/加热体系PHECOS的 Keysight E4990A 进行测量。
Figure 463146DEST_PATH_IMAGE003
表 2 表明，介电常数相对于温度和频率仅存在中等变化。虽然原则上可以观察到介电常数随着频率的增加而降低或者介电常数随着温度的升高而增加，但平均介电常数为4 的聚酰胺酰亚胺的介电常数几乎是标准材料 BOPP 的两倍。
该高介电常数归因于聚酰胺酰亚胺的部分芳族的特征以及极性基团，例如呋喃基团。此外，原则上可以如此调节聚酰胺酰亚胺，使得介电损耗或其他性能在特定频率范围内得到优化。这可以通过由不同的聚酰胺酰亚胺组成预聚物-聚酰胺酰亚胺溶液以及通过对主链上的官能团的特定选择来实现。
对于表 2 中描述的平板电容器，室温下的击穿电压为300至550 V/µm，取决于频率（用Sefelec S50 测量）。室温下的绝缘电阻始终高于 3 TΩ（用NovocontrolsystemAlpha A 测量）。
这表明，所使用的聚酰胺酰亚胺具有优异的介电常数以及同时高的击穿电压和欧姆绝缘电阻。
图3以示意性截面示出电容器1的第二实施例。该电容器1具有多个第一电极3，所述第一电极3与第二电极4交替堆叠存在。两个电极都是平面电极。
介电层2始终布置在第一电极3与第二电极4之间，即总是在两个相邻电极之间，该介电层2总是对应于图1中的第一实施例的介电层2。
第一电极3和第二电极4具有内电极的特征。
因此，电容器1的第二实施例是多层电容器。
第一外接触件5和第二外接触件6布置在多层电容器的相对的侧面上。
第一电极3与第一外接触件5导电连接。第二电极4与第二外接触件6导电连接。
如此组成的电容器可以是表面贴装器件（SMD），由于其温度稳定的介电层2，其非常好地适合于焊接。为了能够更有利地将电容器1用作SMD电容器，可以将外接触件5和6构造成夹子状。即，外接触件5和6能够在堆叠方向上在两个侧面上一定程度地延伸。
例如，电容器可以是直角平形六面体形的并且可以具有总共1000个或更多个重复单元，其包括第一电极、介电层、第二电极和另一个介电层。它可以有 3至4 mm的长度、2 至3 mm的宽度和 1至2 mm的高度。在此，单个介电层2可以具有500nm至5μm的厚度，优选500nm至2μm。内电极的厚度为10至50nm，优选20nm。
但是，成品电容器的尺寸也可能与此处给出的不同。长度、宽度、高度和层厚度可以基于不同的技术先决条件或不同的技术任务进行调整。
制造方法可以类似于第一实施例的制造方法。例如，第一电极层3可以通过PVD施加在基板上。然后可以由溶液施加介电层2，然后可以又用PVD施加第二电极层4。在其上又由溶液施加介电层2。这可以重复以实现所需的层数或电容器的特定电容。
原则上，可以在该方法中结构化内电极。这可以在沉积时已经进行或在物理气相沉积方法之后进行。
在堆叠之后，可以移除基板。
任选地，然后可以借助于气相蒸镀工艺和基于溶剂的工艺或涂覆方法将类似于第一实施例的保护层(未示出)施加在保持没有外接触件的侧面上。
外接触件 5 和 6 安装在成品堆叠电容器 1上。它们例如可以由黄铜、铜、锡、铝、银等组成并且可以借助于物理气相沉积方法或其他例如基于溶剂的工艺来施加。
图4以示意性截面示出了电容器1的第三实施例，该电容器1也是多层电容器。
图4中的电容器1在很大程度上相应于图3中所示并且如前所述的电容器。然而，在图4中所示的实施例中，初始基板，在此其为基板7，始终还存在于部件上。
在图4的情况下，基板7是绝缘的并且例如可以是玻璃基板、半导体晶片或柔性基板如聚酰亚胺薄膜或离型带。
图4中的第三实施例的制造方法相应于图3中的第二实施例的制造方法，除了去除基板之外。
图5中以示意性截面示出电容器1(这里为多层电容器)的第四实施例。图5中所示的第四实施例与图4中所示的那个大部分相似。
然而，在此，基板7是含金属的导电基板，例如由铝、铜或类似材料制成。它例如作为薄膜存在。由于其导电特征，它不需要在基板上安置导电层作为第一电极3。基板7本身可以用作第一电极3之一的替代物。然后将介电层2直接施加到其上。
由于基板优选地在电容器的整个宽度和长度上延伸，因此必须注意，第二外接触件5不与基板电接触。
该方法也类似于图4中描述的实施例。
在图6中以示意性截面示出的第五实施例在几乎所有方面都与电容器1的第二实施例类似。因此它也是多层电容器。然而，该多层电容器在其外接触件 5 和 6 上具有导线8 和 9，它们在应用中能够以通孔安装实现安装。因此，它是通孔电容器。导线 8 和 9 产生与应用中的连接点的电接触和大多数机械接触。导线8和9可以通过任意方法例如压接/压焊固定在电容器1上。
图7以示意性截面示出了电容器1的第六实施例。在此涉及一种卷绕式电容器。该卷绕式电容器在其构造方面类似于第一实施例，即介电层2被第一电极3和第二电极4以夹心状包围。相应的夹心状结构被卷成卷绕式电容器。
然而，所使用的制造方法不同于相应于图1的制造方法。如，优选在基板上用对图1描述的沉积方法首先制造介电膜2。然后可以将其从基板上分离。然后可以通过任意方法对其进行后处理。然后可以将如此获得的薄膜在一侧，或者在本情况中，在两侧通过PVD金属化。如此获得的金属化的薄膜可以卷绕成卷绕式电容器。具有聚酰胺酰亚胺的卷绕式电容器薄膜的优选层厚度为1μm至10μm，优选2μm至5μm。
作为用于制造不同构造型式的附加或替代方法，用于电介质的聚酰胺酰亚胺膜的形成可以首先以卷对卷方法由溶液通过将预聚物-聚酰胺酰亚胺溶液刮涂到预先提供有脱模剂的基板上来进行。随后，在超过200℃、优选超过220℃、最优选在250℃下进行干燥和同时退火。随后将经干燥和交联的聚酰胺酰亚胺膜从基板上分层或剥离并将其卷绕。任选地，可以一并卷绕中间薄膜作为保护。然后施加电极。这同样优选以卷对卷方法进行。在此，取决于技术要求，可以在一侧或两侧施加一个或多个电极层。电极可以结构化或保持非结构化。可以调整电极至边缘的厚度或者电极至边缘的厚度可以是调整的。随后用任选的后续压制来分割卷材以形成扁平线圈。然后借助于火焰喷涂、PVD（例如溅射、热蒸发）或通过电镀方法施加外接触件。通过后者，可以制造 SMD 部件。在扁平线圈的情况下，同样施加侧接触件，并且为其额外地也安置导线，然后用温度稳定的防水的浇注材料浇注。在 SMD 电容器的情况下，可以施加保护层或阻挡层，如上文已经描述的。
然而，如上制造的薄膜的进一步加工也可以使用片对片法进行。在这里，薄膜片被切割成给定的尺寸，例如至约 DIN A5 或 DIN A4 尺寸。然后给这些薄膜片涂覆以电极，这相当于制造母堆叠。涂覆电极的两面，并借助于PVD 方法结构化。然后将各个薄膜片堆叠并压制，然后从母堆叠上切下各个电容器，提供以侧接触件，例如借助于火焰喷涂、电镀或其他方式，然后借助于浇注或保护层或阻挡层来稳定化。
附图标记列表
1 电容器
2 介电层
3 第一电极
4 第二电极
5 第一外接触件
6 第二外接触件
7 基板
8 第一导线
9 第二导线。

Claims (25)

1.电容器(1)，其具有均一介电层(2)，其中所述介电层(2)包含聚酰胺酰亚胺并且第一电极(3)与所述介电层(2)直接相邻布置。
2.根据权利要求1所述的电容器(1)，其中第二电极(4)同样与所述介电层(2)直接相邻布置。
3.根据权利要求1或2所述的电容器(1)，其中所述介电层(2)的50重量％或更多由聚酰胺酰亚胺构成。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的电容器(1)，其中所述介电层(2)不含固体无机材料。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的电容器(1)，其中所述介电层(2)包含聚酰胺酰亚胺主链，所述聚酰胺酰亚胺主链包含所述聚酰胺酰亚胺的酰胺基团和酰亚胺基团。
6.根据权利要求5所述的电容器(1)，其中在所述介电层(2)中，在所述聚酰胺酰亚胺主链之间或在聚合物主链内形成化学交联。
7.根据权利要求6所述的电容器(1)，其中所述交联使聚酰胺酰亚胺主链彼此线性链接。
8.根据权利要求6或7所述的电容器(1)，其中所述化学交联键选自氨基甲酸酯桥、酰亚胺桥和脲桥。
9.根据权利要求7所述的电容器(1)，其中所述线性链接是通过酰亚胺桥或聚氨酯桥形成的。
10.根据权利要求7所述的电容器(1)，其中除了线性链接之外，还通过脲桥形成三维交联。
11.根据权利要求4至10中任一项所述的电容器(1)，其中所述聚酰胺酰亚胺主链是部分芳族的。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的电容器(1)，其中所述聚酰胺酰亚胺具有亚苯基、酸酐和/或呋喃基团作为官能团。
13.根据权利要求8所述的电容器(1)，其中所述聚酰胺酰亚胺具有根据化学式1的结构，其中
- R1是内酰胺、酸酐、氨基甲酸酯桥或酰亚胺桥，
- R2是亚苯基，和
- R3是呋喃、胺、酸酐、氨基甲酸酯桥或酰亚胺桥，
【化学式1】
Figure 944317DEST_PATH_IMAGE001
。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的电容器（1），其中多个第一电极层（3）与第二电极层（4）交替地堆叠，并且每两个相邻的电极层(3、4)之间布置一个介电层（2）。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的电容器(1)，其中所有第一电极层(3)与第一外接触件(5)导电连接，并且所有第二电极层(4)与第二外接触件(6)导电连接。
16.根据权利要求1至15中任一项所述的电容器(1)，其中基板(7)布置在所述电容器的与所述电极层(3、4)的平面平行的侧面上。
17.根据权利要求14至16中任一项所述的电容器(1)，其中所述电容器(1)是表面贴装器件(SMD)。
18.根据权利要求14至16中任一项所述的电容器(1)，其中所述电容器具有用于通孔安装的导线(8、9)。
19.根据权利要求14和15中任一项所述的电容器(1)，其中所述电容器(1)是卷绕式电容器。
20.用于制造电容器(1)的方法，包括通过如下方式制造介电层(2)
- 将预聚物-聚酰胺酰亚胺溶液施加在沉积面上，
- 干燥沉积面上的预聚物-聚酰胺酰亚胺溶液，
- 对干燥的预聚物-聚酰胺酰亚胺溶液进行退火。
21.根据权利要求20所述的用于制造电容器(1)的方法，其中
- 所述沉积面是基板(7)的表面，
- 将所述介电层(2)在其制造之后与沉积面分离以产生介电薄膜，
- 使介电薄膜金属化，
- 和卷绕经金属化的介电薄膜。
22.根据权利要求20所述的用于制造电容器(1)的方法，其中
- 使用导电基板(7)或者给基板(7)在其表面上制造第一电极层(3)，
- 所述沉积面为导电基板(7)的表面或第一电极层(3)，
- 在将介电层(2)施加到沉积面上之后，在介电层(2)上制造第二电极层(4)，和
- 通过如下方式在第二电极层(4)上制造另一介电层(2)：
- 将预聚物-聚酰胺酰亚胺溶液施加在第二电极层(4)上，
- 干燥第二电极层(4)上的预聚物-聚酰胺酰亚胺溶液，
- 对干燥的预聚物-聚酰胺酰亚胺溶液进行退火。
23.根据权利要求20至22中任一项所述的用于制造电容器(1)的方法，其中所述预聚物-聚酰胺酰亚胺溶液包含聚酰胺酰亚胺主链，在所述聚酰胺酰亚胺主链上布置异氰酸酯基团、内酰胺基团和/或酸酐基团。
24.根据权利要求20所述的用于制造电容器(1)的方法，其中所述异氰酸酯基团、内酰胺基团和/或酸酐基团布置在聚酰胺酰亚胺主链的末端。
25.根据权利要求20至24中任一项所述的用于制造电容器(1)的方法，其中所述预聚物-聚酰胺酰亚胺溶液通过刮涂、喷嘴涂布、模板印刷、旋涂或喷涂来施加。
CN202180005644.8A 2020-09-21 2021-09-17 电容器 Pending CN114568035A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102020124520.3A DE102020124520A1 (de) 2020-09-21 2020-09-21 Kondensator
DE102020124520.3 2020-09-21
PCT/EP2021/075666 WO2022058528A1 (de) 2020-09-21 2021-09-17 Kondensator und verfahren zu dessen herstellung

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114568035A true CN114568035A (zh) 2022-05-31

Family

ID=77951702

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202180005644.8A Pending CN114568035A (zh) 2020-09-21 2021-09-17 电容器

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20220406526A1 (zh)
EP (1) EP4214728A1 (zh)
JP (1) JP7464704B2 (zh)
CN (1) CN114568035A (zh)
DE (1) DE102020124520A1 (zh)
WO (1) WO2022058528A1 (zh)

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL188224C (nl) 1980-01-10 1992-05-06 Gen Electric Copolymeren van etherimiden en amide-imiden.
US3649892A (en) * 1970-07-13 1972-03-14 Mallory & Co Inc P R Capacitors utilizing bonded discrete polymeric film dielectrics
US4728697A (en) * 1985-09-27 1988-03-01 General Electric Company Novel copolyamideimides, prepolymers therefor and method for their preparation
US4861855A (en) * 1987-03-31 1989-08-29 Amoco Corporation Polyamide-imide compositions from bisphenoxyphenyl diamine tricarboxylic anhydride and tetracarboxylic dianhydride
DE3829959A1 (de) * 1988-09-03 1990-03-15 Bayer Ag Herstellung von polyamidimiden
JPH02290008A (ja) * 1989-04-28 1990-11-29 Marcon Electron Co Ltd 金属化プラスチックフィルムコンデンサ
JP3785012B2 (ja) 1999-03-24 2006-06-14 富士通株式会社 感光性高誘電体組成物、その組成物からなる感光性高誘電体膜のパターン形成方法、及びその組成物を用いて製造したコンデンサ内蔵型多層回路基板
JP2004179388A (ja) * 2002-11-27 2004-06-24 Nitto Denko Corp 金属薄膜付セラミックグリーンシートおよびセラミックコンデンサの製造方法
US20060019110A1 (en) * 2004-06-30 2006-01-26 Sumitomo Chemical Company, Limited Films
JP2007115723A (ja) * 2005-10-17 2007-05-10 Tdk Corp 金属箔積層体及び電子部品
US20070108490A1 (en) 2005-11-14 2007-05-17 General Electric Company Film capacitors with improved dielectric properties
US20070258190A1 (en) 2006-05-05 2007-11-08 Irwin Patricia C High temperature capacitors and method of manufacturing the same
JP5637764B2 (ja) 2009-08-10 2014-12-10 小島プレス工業株式会社 フィルムコンデンサ
US8228661B2 (en) * 2009-08-10 2012-07-24 Kojima Press Industry Co., Ltd. Film capacitor and method of producing the same
JP5562169B2 (ja) 2010-08-09 2014-07-30 小島プレス工業株式会社 積層形フィルムコンデンサ及びその製造方法
JP5679168B2 (ja) * 2010-10-18 2015-03-04 信越ポリマー株式会社 フィルムキャパシタ用フィルムの製造方法
JP2013182908A (ja) 2012-02-29 2013-09-12 Kyocera Corp コンデンサ
JP2013247206A (ja) * 2012-05-25 2013-12-09 Kojima Press Industry Co Ltd フィルムコンデンサ素子及びフィルムコンデンサ並びにフィルムコンデンサ素子の製造方法
US10020115B2 (en) 2015-05-26 2018-07-10 The Penn State Research Foundation High temperature dielectric materials, method of manufacture thereof and articles comprising the same
WO2018168845A1 (ja) 2017-03-14 2018-09-20 日本ケミコン株式会社 セラミック複合体シート及びコンデンサ
DE102017216109A1 (de) 2017-09-12 2019-03-14 Federal-Mogul Wiesbaden Gmbh Gleitlack, Verfahren zu dessen Herstellung, Gleitelement mit einem solchen und dessen Verwendung
JP2023085583A (ja) * 2020-05-12 2023-06-21 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 集積回路の電源供給用の電気回路、コンデンサ及び集積回路付電気回路

Also Published As

Publication number Publication date
JP7464704B2 (ja) 2024-04-09
DE102020124520A1 (de) 2022-03-24
EP4214728A1 (de) 2023-07-26
JP2023503212A (ja) 2023-01-27
WO2022058528A1 (de) 2022-03-24
US20220406526A1 (en) 2022-12-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2326746B1 (de) Ankergruppe für monolagen organischer verbindungen auf metall und damit hergestelltes bauelement auf basis organischer elektronik
US20030113443A1 (en) Multi-layer conductor-dielectric oxide structure
US20120081833A1 (en) Electronic devices containing polyetherimide components
US20130076203A1 (en) Ceramic body and method for producing the same
EP0291778A1 (de) Verfahren zur Herstellung hochwärmebeständiger Dielektrika
WO2003007319A2 (en) Capacitor having epoxy dielectric layer cured with aminophenylfluorenes
CN115516589A (zh) 导电性树脂组合物和电子部件的制造方法
CN114555673A (zh) 介电组合物、介电膜和电容器
JP4601552B2 (ja) 複合誘電体用樹脂組成物および複合誘電体、該誘電体を使用した電気回路基板
EP0409668B1 (en) Mixed circuit boards and a method for manufacture thereof
KR101748612B1 (ko) 유전성 조성물 및 이를 포함하는 전자 소자
CN114568035A (zh) 电容器
JP2009054669A (ja) 金属化コンデンサフィルムの製造方法及び金属化フィルム
US20100085680A1 (en) Crystalline encapsulants
WO2008044573A1 (fr) Matériau de formation de couche de condensateur, procédé de fabrication d'un matériau de formation de couche de condensateur, et plaque de connexion imprimée comprenant un condensateur intégré obtenu à l'aide du matériau de formation de couche de condensateur
US9343233B2 (en) Additively deposited electronic components and methods for producing the same
KR930010420B1 (ko) 다층세라믹스소자 및 그 제조방법
CN114902360B (zh) 薄膜电容器以及薄膜电容器用薄膜
RU2019548C1 (ru) Способ изготовления полиимидного диэлектрического слоя
JPS5811899B2 (ja) ポリアミドイミド組成物
JPS634328B2 (zh)
CN117882156A (zh) 制造用于电容器的介电材料的方法、制造电容器的方法以及电容器
TW202211274A (zh) 電子零件之製造方法
JP3007676B2 (ja) 薄膜コンデンサの製造法
CN114051648A (zh) 薄膜电容器以及薄膜电容器用薄膜

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination