具有平衡路径的薄膜电容器的制作方法

本公开涉及具有内部串联连接的薄膜电容器。

背景技术：

电容器内部串联连接的薄膜电容器具有至少一个电浮动电极。如果电浮动电极的电位位于两个相邻电极的电位之间的中间，则是有利的。

然而，即使在对称设计的情况下，浮动电极的电位也可能漂移至与相邻电极的平均值不同的值。电浮动电极的电位漂移会导致不对称的内场分布。可能会出现更快的老化、更高的损耗以及潜在危险的热失控。通常，可能会导致可靠性问题。

因此，本公开的目的是至少部分地克服现有技术中的上述问题中的至少一些问题。

技术实现要素：

鉴于上述内容，提供了一种具有平衡路径的薄膜电容器，该平衡路径特别地用作电阻分压器。

根据本公开的一方面，提供了一种薄膜电容器，该薄膜电容器包括第一薄膜、第二薄膜、连接至第一端子的第一电极、连接至第二端子的第二电极、浮动电极，以及平衡路径。

电浮动电极的一部分与第一薄膜的前侧接触。平衡路径在电浮动电极与第一端子之间提供第一平衡连接，并且在电浮动电极与第二端子之间提供第二平衡连接。

第一平衡连接和第二平衡连接各自具有低于任何漏泄电阻且高于10³欧姆的电阻。漏泄电阻是在电浮动电极与不和第一薄膜的前侧接触的电极之间通过第一薄膜和第二薄膜中的任意薄膜的电阻。

根据本公开的一方面，提供了一种如本文中所述的薄膜电容器，其中，特别地，第一薄膜和第二薄膜是电介质。

根据本公开的一方面，提供了一种如本文中所述的薄膜电容器，其中，平衡路径至少部分地由弱导电条提供，并且其中，弱导电条与电浮动电极以及第一端子和第二端子中的任意端子接触。特别地，弱导电条的导电性为使得电浮动电极与和弱导电条接触的任意端子之间的电阻高于10³欧姆。

根据从属权利要求、权利要求组合、说明书和附图，可以与本文中所描述的各实施方式结合的其他优点、特征、方面和细节是明显的。

附图说明

下面将参考附图进行详细描述，其中

图1是根据本公开的一实施方式的薄膜电容器的示意性表示；

图2是根据本公开的一实施方式的薄膜电容器的示意性横截面图；

图3是根据本公开的一实施方式的薄膜电容器的卷绕筒的示意性表示，该示意性表示包括第一薄膜的一部分和第二薄膜的一部分；

图4是根据本公开的一实施方式的薄膜电容器的示意性表示；

图5是根据本公开的一实施方式的薄膜电容器的示意性表示；

图6是图5中所示的薄膜电容器的另一示意性表示；

图7是根据本公开的一实施方式的薄膜电容器的示意性横截面图；以及

图8是根据本公开的一实施方式的薄膜电容器的示意性横截面图。

具体实施方式

现在将详细参照各个实施方式，在每个附图中示出了各个实施方式的一个或更多个示例。每个示例都是通过说明的方式描述，并且并不意味着限制。例如，作为一个实施方式的一部分示出或描述的特征可以用在任何其他实施方式上或者与任何其他实施方式结合以产生又一实施方式。本公开意在包括这样的改型和变型。

在以下附图的描述中，相同的附图标记指代相同或相似的部件。通常，仅描述关于各个实施方式的不同点。除非另有说明，否则对一个实施方式中的部分或方面的描述也可以应用于另一个实施方式中的对应部分或方面。

图1是根据本公开的一实施方式的薄膜电容器的示意性表示。薄膜电容器1包括第一薄膜2a、第二薄膜2b、第一电极3a和第二电极3b。

薄膜电容器1被示出为处于部分未卷绕状态。在组装状态下，第一薄膜和第二薄膜可以完全彼此叠置。第一薄膜和第二薄膜可以绕轴线卷绕以形成柱状薄膜电容器。第一薄膜和第二薄膜可以各自是介电薄膜，特别地是塑料薄膜。

第二薄膜2b可以具有沿第二薄膜2b的长度方向延伸的第一边缘区域和第二边缘区域。第一电极3a可以与第二薄膜2b的前侧接触、特别地在第一边缘区域中与第二薄膜2b的前侧接触。第二电极3b可以与第二薄膜2b的前侧接触、特别地在第二边缘区域中与第二薄膜2b的前侧接触。第二薄膜2b可以具有中央空白部(margin)，该中央空白部也可以被称为居中空白部。

在本申请的上下文中，中央空白部特别地理解为第一薄膜或第二薄膜的相应地位于第一薄膜2a或第二薄膜2b的第一边缘区域与第二边缘区域之间并沿第一薄膜2a或第二薄膜2b的长度方向延伸的部分，中央空白部的前侧不与第一电极3a和第二电极3b中的任意电极接触。在实施方式中，中央空白部可以位于第一电极3a与第二电极3b之间，并且可以特别地沿第二薄膜2b的长度方向延伸。

薄膜电容器1可以具有与第二薄膜2b的第一边缘区域接触的第一接触层6a。第一接触层6a特别地与第一电极3a接触。接触层6a可以与第一端子接触。第一端子未示出。第一电极3a可以连接至第一端子、特别地经由第一接触层6a连接至第一端子。此处，“连接”通常是指“电连接”。

在本公开的上下文中，端子可以理解为电气部件的导体的端部区域。特别地，端子为另一电气部件提供连接点，或者通常为电气网络特别是电路提供连接点。

薄膜电容器1可以具有与第二薄膜2b的第二边缘区域接触的第二接触层6b。第二接触层6b特别地与第二电极3b接触。第二接触层6b可以与第二端子接触。第二端子未示出。第二电极3b可以连接至第二端子、特别地经由第二接触层6b连接至第二端子。

薄膜电容器1还包括电浮动电极4。电浮动电极4可以与第一薄膜2a的前侧接触。通常，电浮动电极的至少一部分可以与第一薄膜的前侧接触。在实施方式中，整个电浮动电极可以与第一薄膜的前侧接触。

在本公开的上下文中，如果电极没有与端子强导电地连接，而是仅被电介质或弱导电材料或弱导电连接环绕(使得浮动电极相对于任何端子具有高于10³欧姆的电阻)，则该电极可以理解为是电浮动的。

根据本公开的一方面，第一薄膜2a可以具有边缘空白部，其中，边缘空白部的前侧不与电浮动电极4接触。第一薄膜2a可以具有沿薄膜的长度方向延伸的两个边界。边缘空白部特别地包括第一薄膜2a的与两个边界中的一个边界邻接的部分。第一薄膜2a可以具有均沿第二薄膜2a的长度方向延伸的第一边缘空白部和第二边缘空白部。第一薄膜2a的第一边缘空白部和第二边缘空白部两者的前侧可以不与电浮动电极4接触。电浮动电极4特别地不与第一接触层6a、第一电极、第二接触层6b和第二电极中的任一者接触。

根据本公开的一方面，薄膜电容器的任何电极可以是沉积在第一薄膜和第二薄膜中的任意薄膜上的导电层。导电层可以是金属化，特别地为纯铝、纯锌或锌铝合金金属化。特别地就此而言，“不与电极接触”可以理解为“不具有金属化”。在实施方式中，薄膜电容器的任何电极可以是定位在第一薄膜与第二薄膜之间的导电箔，特别地为金属箔。

薄膜电容器1还包括平衡路径，该平衡路径在电浮动电极4与第一端子之间提供第一平衡连接。平衡路径还可以在电浮动电极4与第二端子之间提供第二平衡连接。

第一平衡连接和第二平衡连接可以各自是弱导电性电连接。第一平衡连接和第二平衡连接各自具有比任何漏泄电阻低的电阻。特别地，第一平衡连接和第二平衡连接各自具有比任何漏泄电阻低至少25％、50％或75％的电阻。在实施方式中，第一平衡连接和第二平衡连接各自可以具有低于10¹⁰欧姆、10⁹欧姆或10⁸欧姆的电阻。

第一平衡连接和第二平衡连接可以各自具有电阻，使得与平衡路径相关联的功率损耗低于例如20w、10w或5w。特别地，第一平衡连接和第二平衡连接可以各自具有高于10欧姆、10²欧姆或10⁵欧姆的电阻。可以减轻传导损耗。可以避免在提供平衡路径的元件上出现潜在的有害热点，尤其是达到了接近或高于薄膜的熔融温度或在物理、化学或机械方面对绝缘性能有害的其他温度的热点。

第一平衡连接和第二平衡连接中的任意平衡连接可以包括电连接的多个不同的电导体。特别地，第一平衡连接和第二平衡连接中的任意平衡连接可以部分地由至少一个另外的电浮动电极提供。

漏泄电阻可以理解为电浮动电极4与不和第一薄膜2a的前侧接触的电极之间通过第一薄膜2a和第二薄膜2b中的任意薄膜的电阻。在本申请的上下文中，电浮动电极可以理解为除了由平衡路径提供的弱导电连接之外不与任何电压源连接的电极。特别地，电浮动电极可以是下述电极：该电极与第一端子和第二端子中的任意端子之间的唯一电连接是由平衡路径提供的弱导电连接。

平衡路径可以确保电浮动电极的电位具有在第一电极和第二电极的各自电位之间的中间值。在没有平衡路径的情况下，电浮动电极的电位可能漂移至其他值。

电位的漂移可能是由于正电荷载流子从第一电极或第二电极到第一薄膜或第二薄膜的单极空间电荷注入所致。单极空间电荷注入可以将电浮动电极充电直至较高电位。电浮动电极的移动的电位可能会导致电浮动电极与第一电极之间的区域以及电浮动电极与第二电极之间的区域中的电场的变化。

电浮动电极的电位具有在第一电极和第二电极各自电位之间的中间值可以具有避免自修复局部击穿位置的不对称分布的优点。可以减缓薄膜电容器的老化。可以提供具有更高寿命的薄膜电容器。可以避免损耗的增加。可以防止潜在的危险的热失控。可以降低火灾风险。可以提高薄膜电容器的可靠性和质量。

平衡路径可以至少部分地由弱导电条5a、5b提供，特别地由至少一个弱导电条5a、5b提供。弱导电条5a、5b可以连接、特别地电连接至电浮动电极4、第一端子和第二端子。特别地，弱导电条与电浮动电极4接触，且与第一接触层、第一端子、第二接触层和第二端子中的任意者接触。

弱导电条5a、5b可以布置在第一薄膜的前表面上。特别地，弱导电条5a、5b部分地布置在第一薄膜2a的前表面上并且部分地布置在电浮动电极4的表面上。

在图1所示的示例中，弱导电条5a、5b中的每个弱导电条是从第一薄膜2a的第一边缘空白部延伸至第二边缘空白部的连续条。在实施方式中，弱导电条中的至少一个弱导电条可以从电浮动电极延伸至第一薄膜2a的第一边缘空白部或第二边缘空白部中的仅一者。

通常，弱导电条可以部分地布置在第一薄膜的前表面上并且部分地布置在至少一个电极的表面上。该电极特别地与第一薄膜的前侧接触。弱导电条可以理解为例如包括弱导电材料的条、带或带条。

弱导电条的电阻率可以具有确定的特定值，以便实现具有预定电阻的平衡连接。特别地，由弱导电条提供的平衡连接的电阻低于任何漏泄电阻。

弱导电条可以具有高于例如10⁴欧姆每平方、10⁶欧姆每平方或10⁸欧姆每平方的薄层电阻。弱导电条可以具有低于例如10¹¹欧姆每平方、10¹⁰欧姆每平方或10⁸欧姆每平方的薄层电阻。在实施方式中，弱导电条可以是静电耗散或抗静电塑料薄膜。例如，弱导电条可以是norfilm^tm静电耗散塑料薄膜。

电浮动电极4可以具有被电屏蔽部分。该被屏蔽部分可以通过至少一个屏蔽部分而相对于第一电极3a和第二电极3b被屏蔽。屏蔽部分可以是电浮动电极4的另一部分。另外地或替代性地，屏蔽部分可以包括电位与电浮动电极相似的任何其他电极的至少一部分。

屏蔽部分可以位于被屏蔽部分与第一电极3a和第二电极3b中的任意电极之间。在平行于第一薄膜2a的表面法线的方向上，被屏蔽部分可以除了屏蔽部分之外没有邻近电极。

薄膜电容器可以具有低场区域。在本公开的上下文中，低场区域可以理解为包括电浮动电极的被屏蔽部分的区域。低场区域还可以包括第一薄膜的空白部的一部分，其中，空白部的该部分邻接电浮动电极的被屏蔽部分。在低场区域中，电场可以是低的、特别地接近于零，即使在第一电极与第二电极之间施加电位差时亦是如此。

平衡路径的至少一部分可以设置在低场区域中。在实施方式中，弱导电条5a、5b可以仅位于低场区域中。在低场区域中设置平衡路径可以具有这样的优点，即可以避免由于不均匀性引起的电强度问题。可以避免介电损耗。不均匀性可能例如是由于提供平衡路径的元件的厚度不均匀或由于提供平衡路径的元件周围的空气封围而引起的。

第二薄膜可以具有有源部段和无源部段。在本公开的上下文中，薄膜的有源部段可以理解为薄膜的沿主延伸方向的下述部段：在该部段处，薄膜的前侧与第一电极和第二电极中的任意电极接触。

在本公开的上下文中，薄膜的主延伸方向特别地应理解为薄膜的长度方向。长度方向特别地是就薄膜的未卷绕状态、特别地未折叠状态、更特别地平坦状态而言来限定的。在组装状态下、特别地在卷绕状态下，薄膜的主延伸方向可以是弯曲的、特别地螺旋地弯曲的。

在本公开的上下文中，薄膜的无源部段可以理解为薄膜的沿主延伸方向的下述部段：在该部段处，薄膜的前侧不与第一电极和第二电极接触。

平衡路径的至少一部分可以设置成直接邻近第二薄膜2b的无源部段的后侧。在实施方式中，第二薄膜2b的外圈卷绕部的至少一部分可以是第二薄膜2b的无源部段。可以实现如在本公开内所描述的具有低场区域的薄膜电容器。

在图1所示的示例中，弱导电条5a、5b设置为直接邻近第二薄膜2b的无源部段的后侧。弱导电条5a、5b特别地定位在第一薄膜2a的外圈的表面上。

图2是根据本公开的一实施方式的薄膜电容器的示意性截面图。该薄膜电容器可以具有卷绕筒9。在该截面图中，仅示出了薄膜电容器的一半。薄膜电容器1可以呈具有柱状体轴线10的柱状体形式。第一薄膜2a和第二薄膜2b可以绕卷绕筒9卷绕。

在图1和图2中，示出了具有相当于两个电容器串联连接的内部串联连接的薄膜电容器1。如本文所描述的具有平衡路径的薄膜电容器也可以类似地以具有相当于例如3个、4个、5个或更多个电容器的内部串联连接的薄膜电容器实现。作为示例，在图7和图8中示出了具有相当于五个电容器串联连接的内部串联连接的薄膜电容器。

图3是根据本公开的一实施方式的薄膜电容器的卷绕筒的示意性表示，该示意性表示包括第一薄膜的一部分和第二薄膜的一部分。卷绕筒9的至少一部分可以包括弱导电材料。平衡路径可以至少部分地由卷绕筒9的弱导电材料提供。

卷绕筒的弱导电材料可以是卷绕筒的块体的一部分。在实施方式中，卷绕筒的弱导电材料可以定位在卷绕筒的主体的表面上。

第一薄膜2a可以绕卷绕筒9卷绕。与第一薄膜2a的前侧接触的电浮动电极4可以与卷绕筒9接触，特别地与卷绕筒9的弱导电材料接触。

第二薄膜2b的前侧可以与第一薄膜2a的后侧接触。第二薄膜2b绕卷绕筒9卷绕的至少第一圈卷绕部可以是第二薄膜2b的无源部段。平衡路径可以至少部分地在薄膜电容器1的低场区域中由卷绕筒提供。

图4是根据本公开的一实施方式的薄膜电容器的示意性表示。第一薄膜2a的表面的至少一部分可以是弱导电表面7a、7b。平衡路径可以至少部分地由弱导电表面7a、7b提供。

弱导电表面7a、7b可以设置在第一薄膜2a的改性部分上。第一薄膜的改性部分可以理解为第一薄膜的经处理以降低表面电阻率的部分。表面电阻率的降低可以是例如降低至原来的1/10⁴、1/10⁵或1/10⁶。在实施方式中，第一薄膜的改性部分可以理解为第一薄膜的涂覆有弱导电材料的部分。平衡路径可以至少部分地设置在覆盖第一薄膜的至少一部分的弱导电层中。

第一薄膜的改性部分可以具有低于例如10¹⁶欧姆每平方、10¹⁴欧姆每平方或10¹²欧姆每平方的薄层电阻。第一薄膜的改性部分可以具有高于例如10⁴欧姆每平方、10⁷欧姆每平方或10¹⁰欧姆每平方的薄层电阻。

对薄膜进行处理以降低表面电阻率可以包括薄膜的氟化。薄膜的氟化特别地应理解为用氟气对薄膜进行处理。氟化可以增加绝缘材料的表面导电性。通常，氟化过程是不可逆的，并且所获得的表面性能保持稳定。

例如，薄膜可以是薄层电阻为2·10¹⁹欧姆每平方的双轴取向聚丙烯薄膜。薄膜的氟化部分的薄层电阻可以为2·10¹⁴欧姆每平方。

第一薄膜的改性部分可以仅包括第一薄膜的下述部分：在薄膜电容器的组装状态下，在该部分处，第一薄膜的前侧不与电浮动电极接触。在实施方式中，第一薄膜的改性部分可以另外包括下述接触部分：在薄膜电容器的组装状态下，在该接触部分处，第一薄膜的前侧与电浮动电极接触。该接触部分的面积可以小于电浮动电极的面积的例如30％、15％、5％或3％。特别地，在第一薄膜的改性部分与电浮动电极之间提供电接触。在图4中所示的示例中，第一薄膜2a的改性部分包括第一薄膜的边缘空白部，其中，边缘空白部的前侧不与电浮动电极4接触。在实施方式中，可以对整个第一薄膜进行处理以降低表面电阻率。

根据本公开的一方面，仅沿着第一薄膜的主延伸方向的部段可以包括改性部分。该部段的长度可以具有确定的特定值，以便实现具有预定电阻的平衡连接。

第一薄膜的改性部分的前侧可以直接邻近第二薄膜的无源部段。弱导电表面可以至少部分地位于薄膜电容器的低场区域中。特别地，弱导电表面可以仅位于薄膜电容器的低场区域中。在实施方式中，第一薄膜可以仅在薄膜电容器的低场区域中覆盖有弱导电层。

图5是根据本公开的一实施方式的薄膜电容器的示意性表示。薄膜电容器1被示出为处于部分未卷绕状态。薄膜电容器1可以包括连接至电浮动电极4的第三端子8。第三端子8可以与电浮动电极4的一部分接触，该部分直接邻近第二薄膜2b的无源部段。特别地，第三端子8在薄膜电容器1的低场区域中与电浮动电极4接触。

平衡路径可以至少部分地由连接至第三端子8的外部弱导电单元提供。外部弱导电单元未示出。特别地，外部弱导电单元定位于薄膜电容器1的外部。第三端子可以例如是金属条或金属带。

外部弱导电单元还可以电连接至第一电极3a、特别地经由第一端子电连接至第一电极3a，或者电连接至第二电极3b、特别地经由第二端子电连接至第二电极3b。在实施方式中，第一平衡连接经由电连接至第三端子8和第一电极3a的第一外部导电单元提供。第二平衡连接可以经由电连接至第三端子8和第一电极3a的第二外部导电单元提供。

外部弱导电单元的电阻可以具有确定的特定值，以便实现具有预定电阻的平衡连接。根据本公开的一方面，外部弱导电单元可以是电阻器、特别地是平衡电阻器。

图6是图5中所示的薄膜电容器的另一示意性表示。具有第三端子8的薄膜电容器1被示出为处于组装状态。

图7是根据本公开的一实施方式的薄膜电容器的示意性截面图。在该截面图中，仅示出了薄膜电容器的一半。薄膜电容器1具有相当于五个电容器的串联连接的内部串联连接。

第一薄膜2a的前侧可以与两个电浮动电极4aa、4ab和第二电极3b接触。第二电极3b可以与第二端子接触、特别地经由第二接触层6b与第二端子接触。第二薄膜2b的前侧可以与另外两个电浮动电极4ba、4bb和第一电极3a接触。第一电极3a可以与第一端子接触、特别地经由第一接触层6a与第一端子接触。第一端子和第二端子未示出。

电浮动电极4aa、4ab、4ba、4bb可以经由平衡路径连接至第一端子和第二端子。平衡路径可以由三个第一弱导电条5a、三个第二弱导电条5b、三个第三弱导电条5c和三个第四弱导电条5d提供。

例如，电浮动电极4aa可以经由第一弱导电条5a并经由第二弱导电条5b连接至第一接触层6a。电浮动电极4aa可以经由另一第一弱导电条5a并经由另一第二弱导电条5b连接至另一电浮动电极4ab。另一电浮动电极4ab可以经由又另一第一弱导电条5a并经由又另一第二弱导电条5b连接至第二电极3b。

与第二薄膜2b的前侧接触的电浮动电极4ba、4bb可以类似地经由第三弱导电条5c并经由第四弱导电条5d连接至第一接触层6a和第二接触层6b。

对于第一弱导电条5a中的每个第一弱导电条，电阻值可以分别不同。类似地，对于第二弱导电条5b中的每个第二弱导电条、第三弱导电条5c中的每个第三弱导电条和第四弱导电条5d中的每个第四弱导电条，电阻值可以分别不同。

第一弱导电条5a的电阻和第二弱导电条5b的电阻可以选择为使得：与第一薄膜2a的前侧接触的电浮动电极4aa、4ab中的每一者的相应电位位于与第二薄膜2b的前侧接触的相应两个相邻电极的电位之间的中间。

类似地，第三弱导电条5c的电阻和第四弱导电条5d的电阻可以选择为使得：与第二薄膜2b的前侧接触的电浮动电极4ba、4bb中的每一者的相应电位位于与第一薄膜2a的前侧接触的相应两个相邻电极的电位之间的中间。

第一弱导电条5a和第二弱导电条5b可以设置成直接邻近第二薄膜2b的无源部段的后侧。第三弱导电条5c和第四弱导电条5d可以设置成直接邻近第一薄膜2a的无源部段的后侧。第一弱导电条5a、第二弱导电条5b、第三弱导电条5c和第四弱导电条5d可以设置在薄膜电容器1的低场区域中。

图8是根据本公开的一实施方式的薄膜电容器的示意性截面图。薄膜电容器1具有与图7中所示的实施方式基本相同的结构。图7中的三个第一弱导电条被用一个连续的第一弱导电条5a代替。类似地，图7中的第二弱导电条、第三弱导电条和第四弱导电条分别被用一个连续的第二弱导电条5b、一个连续的第三弱导电条5c和一个连续的第四弱导电条5d代替。

弱导电条5a、5b、5c、5d中的每一者可以具有沿着长度方向变化的电阻率。在实施方式中，电阻率的沿着长度方向的变化可以是由于弱导电条5a、5b、5c和5d的厚度和宽度中的任意者沿着长度方向的变化而引起的。

第一弱导电条5a的电阻率和电阻率的变化和第二弱导电条5b的电阻率和电阻率的变化可以选择成使得：与第一薄膜2a的前侧接触的电浮动电极4aa、4ab中的每一者的相应电位位于与第二薄膜2b的前侧接触的相应两个相邻电极的电位之间的中间。

类似地，第三弱导电条5c的电阻率和电阻率的变化和第四弱导电条5d的电阻率和电阻率的变化可以选择成使得：与第二薄膜2b的前侧接触的电浮动电极4ba、4bb中的每一者的相应电位位于与第一薄膜2a的前侧接触的相应两个相邻电极的电位之间的中间。