专利名称：金属化安全膜电容器的电极结构的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电子元件，特别是薄膜电容器电极结构的改进。
技术背景已有技术中，金属化安全膜是由基膜表面的电极镀层用空隙槽分割成许多小单元、小单元间有安全熔断器作用的导电桥所构成的复合膜，金属化膜是由基膜表面无空隙电极镀层所构成的复合膜。现有的一种用双层金属化安全膜层叠卷绕构成电容器。由于面元面积极小和保护系统的作用，所以能进行成千上万次自愈而不发生电容器短路，可大大提高电容器的安全可靠性和工作寿命。其存在的缺陷一是使用双安全膜在卷绕时无法做到上下两层安全膜的空隙图案正确对准而总是互相参差，其对电极有效工作面积的损失较大；二是安全膜电容器的实际工作寿命受到其体内残留气体局部电晕放电的影响，金属化安全膜极微薄的安全保护结构经不起这种电晕放电的电离气体的侵蚀，空隙槽会很快加宽，连接桥很快被侵蚀变窄和断裂，电容器的容量损失很快，工作寿命降低，甚至低于普通金属化电容器。所以在工艺上采取措施抑制和去除电容器中的残留气体，包括紧密卷绕、热处理、真空浸油或蜡、密封等，但所有这些措施都不可能把电容器内的残留气体完全去除。若能相对提高电容器内的局部放电起始电压，只要该起始电压超过工作电压的波动和最高峰值，就能抑制和减小残留气体电晕放电对安全膜防爆保护结构的侵蚀作用，达到安全防爆和延长工作寿命的目的，然而要把电容器的局部放电的起始电压提高到500Vac以上，工艺难度相当高。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种安全防爆、延长工作寿命、减小电极有效工作面积损失、降低制造工艺难度的金属化安全膜薄膜电容器的电极结构。
本实用新型金属化安全膜电容器的电极结构，上膜层、下膜层密贴层叠，其特征在于上膜层、下膜层各由金属化安全膜或金属化膜构成，或分别制成金属化安全膜和金属化膜的组合并对应层叠，由两条纵向空白隔离带分别把上膜层、下膜层在横向上分割成多个由金属化安全膜和金属化膜一一对应的电极分区，隔离带和隔离带错位设制，构成电容的串联结构，电极分区数与串接单元数相等。
金属化安全膜的每个电极分区中的电极层由网格形空隙线分割成许多电极小单元，相邻小单元之间由可以被自愈电流烧断的导电桥连通。
当串接单元数为偶数时，金属化安全膜集中在上膜层上，金属化膜集中在下膜层上，金属化安全膜的横向两侧边缘制有与电极小单元连通的供电容器喷金连接的导电加厚边带，金属化膜的横向两侧边缘各制有留边。
当串接单元数为由偶数部分加1所构成的奇数时，上膜层的偶数部分与上述偶数串接结构相同，加1电极分区则设制成具有留边的金属化膜，下膜层的偶数部分与上述偶数串接结构相同，相对的加1电极分区设制成具有导电加厚边带的金属化安全膜。
上述金属化安全膜的每个电极分区一侧为纵向空白隔离带，作为与电位相异的分区之间的绝缘隔离；另一侧为置于电位相同的电极分区之间的纵向隔离空隙带，其上分布有许多起熔断器作用的横向导电桥，把其两侧属于不同分区的同电位电极小单元连接起来。
在金属化安全膜的每个分区中电极层的网格形基本图案上，每隔一段长度设制一条横向隔离空隙槽，该槽与纵向空白隔离带和纵向隔离空隙带相交各成T字形。
上述金属化安全膜的纵向空白隔离带宽度为金属化膜的留边宽度的1.5-2倍，纵向隔离空隙带的宽度为金属化膜留边宽度的0.3-0.6。
上述金属化安全膜和金属化膜均采用双向拉伸聚酯或聚丙烯介质薄膜为基膜蒸镀锌/铝金属构成复合电极层。
本实用新型利用串接分压的原理，把高压电容器的各内串接单元的极间工作电压下降到电容器制造工艺所能达到的最高许可局部放电起始电压(500Vac)以下，抑制和减小电容器中的残留气体电晕放电对安全膜防爆保护结构的侵蚀作用，使安全膜保护系统在中、高压电容器中能正常发辉作用。本实用新型对于400Vac-500Vac的低压联补偿电容器和交流电机电容器也有非常大的实用价值。因为利用串接分压的原理，甚至可以把电容器的各内串接单元的极间工作电压下降到350V以下。根据对两个平板电极之间的空气隙中产生气体电离所需的极间电压的理论计算得出的“潘申Paschen曲线”，该曲线有一最低谷点，350V是极板间气体电离放电所需电压的最低极值。也即电容器元件极间工作电压如果低于此值，电容器内就不会产生气体电离放电，这将保证安全膜高压电容器的防爆保护系统不受电离气体的侵蚀，大大提高安全可靠性和延长工作寿命。根据目前聚丙烯介质薄膜技术，厚度可达3.5μm以下，使这种设计配置对于400Vac-500Vac的低压并联补偿电容器和交流电机电容器将有非常大的实用价值，例如使用3.5μm金属化聚丙烯2串接安全膜，电容器最高额定工作电压500Vac，单元极间工作电压250Vac，相当于350Vdc，介质工作场强达到71.4Vac/μm或100Vdc。由于局部电晕放电问题的解决，大大降低了电容器制造工艺的难度。
图1为本实用新型实施例上膜层四串接电极分区的主视图。
图2为本实用新型实施例下膜层四串接电极分区的主视图。
图3为图1和图2层叠状态的截面放大示意图。
图4为本实用新型另一实施例上膜层三串接电极分区的主视图。
图5为本实用新型另一实施例下膜层三串接电极分区的主视图。
图6为图4和图5层叠状态的截面放大示意图。
具体实施方式
实施例1涉及金属化安全膜1与普通金属化膜2配对卷制的内部偶数串接电极电容器的电极结构，上膜层为金属化安全膜1作为一个电极，并与作为另一个电极的下膜层金属化膜2配对卷绕密贴层叠。由纵向空白隔离带1.3和金属化膜2上的纵向空白隔离带2.3分别把金属化安全膜1和金属化膜2在横向上分割成4个电极分区A、B、C、D，在安全膜1上电位相同的B、C电极分区间插入隔离空隙带1.5。隔离带1.3、隔离空隙带1.5和隔离带2.3等距错位设制，构成电容的4串联结构。隔离空隙带1.5上分布有许多起熔断器作用的横向导电桥1.4，把其两侧属于不同分区的同电位电极小单元1.2连接起来，相当于在各串接电容器单元的前后引出的同电位连接线上增加了内部电极分区的总保险丝。金属化安全膜1的每个电极分区中的电极层由网格形空隙线1.7分割成许多电极小单元1.2，相邻小单元之间由可以被自愈电流烧断的导电桥1.8连通。当电极结构的串接数为偶数时，金属化安全膜1、总保险丝导电桥1.5、与喷金接触的导电边带1.1都集中在上膜层上，金属化膜2和留边2.1都集中在下膜层上。金属化安全膜1的横向两侧边缘制有与电极小单元1.2连通的供电容器喷金连接的导电加厚边带1.1，金属化膜2的横向两侧边缘各制有留边2.1。这种电极结构可保证在最外侧单元区与外界喷金连接的都为安全膜电极，并具有起总保险丝的作用的导电桥空隙隔离带的保护。由于这些内部电极分区总保险丝的作用，增加了电极小单元之间以及电极小单元和外加电源间的隔离保护和安全性能，因为在各电极小单元1.2的工作有效面积区内与其构成电容的两个极性相反的电极中，按理只需其中的一极有面元分割和微形保险丝连接桥保护就可以了，正像双极引线的电器如果断了一线就能截断电流仃止工作一样，本实用新型中这种与电源完全隔离的总保险丝作用由具有导电桥1.4的隔离空隙带1.5实现。由于插入同电位单元间连接区的隔离空隙带1.5是与配对金属化膜2的纵向空白隔离带2.3相互对应，其位置在电极有效面积之外，所以在增加隔离保护的安全性能时，不会增加这些空隙槽对有效电极面积的损失率。相反由于它的作用，使电极有效工作面积内的电极小单元间隔空隙的损失率从8-16％减小到4-8％，同时也降低了电容器的制造成本。
实施例2密贴层叠的上膜层、下膜层分别制成金属化安全膜和金属化膜的组合，上膜层、下膜层中的金属化安全膜1和金属化膜2一一对应。当串接单元数为由偶数部分加1所构成的奇数时，电极结构设计为偶数部分和加1单元部分，如3＝2+1，上膜层的偶数部分与上述偶数串接结构的上膜层相同，只是在加1电极分区设制成金属化膜2，其最外侧具有留边2.1；下膜层的偶数部分与上述偶数串接结构的下膜层相同，相对的加1电极分区设制成金属化安全膜1，其最外侧具有导电加厚边带1.1，这种电极结构可保证在最外侧单元区与外界喷金连接的都为安全膜电极。
本实用新型的金属化安全膜1以网格结构作为基本图案，使每块面元面积很小，只有电容器总电极面积的几十万分之一，从而减小了每次自愈对电容器的容量损失。另外在此基本图案上，每隔一段长度设置一条横向隔离空隙槽1.6，该槽与纵向空白隔离带1.3和纵向隔离空隙带1.5相交各成T字形，如图1、图4所示。该槽在总保险丝发生部分烧断之后，可阻断其所属有效面积内电流的纵向流动，以免增加相邻区间的总保险丝及喷金连接的电流负载和蔓廷性损坏，并抑止纵向电流的损耗发热。在金属化膜电容器中这种纵向蔓廷性损坏是常见的现象，一般情况下，电容器的外层残留气体较多，故外层的自愈较多且自愈白斑较大，喷金连接易受到电晕放电的侵蚀而开始损坏，然后通过纵向电流的作用内部的喷金连接蔓廷性损坏，使电容器的损耗增大、发热、变形鼓包和击穿。金属化安全膜1的网格空隙对纵向电流巳有一定的阻断作用，但由于其网格成45°角，对宽度较大的膜纵向阻断不理想，增加了横向隔离空隙槽1.6，可弥补网格结构的缺陷。
本实用新型的另一个独特优点是在失效时由金属化安全膜1的微型保险丝烧断和空隙网格的开路隔离起保护作用，所以失效后的串接电容器端高电压将被分配到各电极分区空隙网格上，不会像普通串联电容器的短路失效时需用的串联断路器保护那样，非常高的电容器总电压将会集中在该断路保护器的断口上，使断路器电接点的分离由于拉弧、重燃和过电压等现象而变得困难。而本实用新型只要根据电容器开路失效后各电极分区的隔离空隙带所处位置的电场分布来设计其宽度，就可达到可靠隔离。内部纵向空白隔离带1.3宽度为金属化膜2留边2.1宽度的1.5-2倍，带有许多横向导电桥1.4的隔离空隙带1.5的宽度为金属化膜留边2.1宽度的1/2左右。例如根据对1000-1500Vac的电容器设计计算，引出电极处的留边2.1的宽度为3.5-5mm，内部纵向空白隔离带1.3和金属化膜2上的纵向空白隔离带2.3宽度为4-6mm，具有导电桥1.4的隔离带1.5宽度为1.5-2.5mm。导电桥1.4宽度则根据薄膜介质所能承受的安全保护熔断的能量(实验值为20-100微焦耳)设计，约为0.5-2.5mm。本实施例1中，金属化安全膜1宽150mm；金属化膜2宽147.5mm，两侧缩入量各为1.25mm，成为电容器元件卷绕的差边。电容器的介质1.0和2.0使用双向拉伸聚丙烯薄膜，厚度3.8μm，蒸镀金属为锌铝复合，边缘加厚导电边带1.1表面方块电阻≤4Ω/□，面元1.2工作区为7.5Ω/□。把此4串接式图案电极结构的双层膜在ABS塑料芯棒上卷绕制作电容器半成品元件。对此半成品元件进行热处理、喷金、电弱点清除处理、驱潮处理、装壳、灌封环氧树脂，制成单元电容量为50μF、每只电容器总电容量为12.5μF、额定工作电压为1000Vac的高压电容器成品元件。把这种电容器加1250Vac，介质工作场强82/μm下，容性功率为5KVA；在85℃温度环境下，3000小时工作后，无一失效，容量变化小于3％，令人满意。
权利要求1.金属化安全膜电容器的电极结构，上膜层、下膜层密贴层叠，其特征在于上膜层、下膜层各由金属化安全膜(1)或金属化膜(2)构成，或分别制成金属化安全膜(1)和金属化膜(2)的组合并对应层叠，由纵向空白隔离带(1.3)和(2.3)分别把上膜层、下膜层在横向上分割成多个由金属化安全膜(1)和金属化膜(2)一一对应的电极分区，隔离带(1.3)和隔离带(2.3)错位设制而构成电容的串联结构，电极分区数与串接单元数相等。
2.根据权利要求1所述的金属化安全膜电容器的电极结构，其特征在于金属化安全膜(1)的每个电极分区中的电极层由网格形空隙线(1.7)分割成许多电极小单元(1.2)，相邻小单元之间由可以被自愈电流烧断的导电桥(1.8)连通。
3.根据权利要求2所述的金属化安全膜电容器的电极结构，其特征在于当串接单元数为偶数时，金属化安全膜(1)集中在上膜层上，金属化膜(2)集中在下膜层上，金属化安全膜(1)的横向两侧边缘制有与电极小单元(1.2)连通的供电容器喷金连接的导电加厚边带(1.1)，金属化膜(2)的横向两侧边缘各制有留边(2.1)；当串接单元数为由偶数部分加1所构成的奇数时，上膜层的偶数部分与上述偶数串接结构相同，加1电极分区则设制成具有留边(2.1)的金属化膜(2)，下膜层的偶数部分与上述偶数串接结构相同，相对的加1电极分区设制成具有导电加厚边带(1.1)的金属化安全膜(1)。
4.根据权利要求3所述的金属化安全膜电容器的电极结构，其特征在于金属化安全膜(1)的每个电极分区一侧为纵向空白隔离带(1.3)，作为与电位相异的分区之间的绝缘隔离；另一侧为置于电位相同的电极分区之间的纵向隔离空隙带(1.5)，其上分布有许多起熔断器作用的横向导电桥(1.4)，使两侧属于不同分区的同电位电极小单元(1.2)连接。
5.根据权利要求3所述的金属化安全膜电容器的电极结构，其特征在于金属化安全膜(1)的每个分区中电极层的网格形基本图案上，每隔一段长度设制一条横向隔离空隙槽(1.6)，该槽与纵向空白隔离带(1.3)和纵向隔离空隙带(1.5)相交成T字形。
6.根据权利要求3所述的金属化安全膜电容器的电极结构，其特征在于金属化安全膜(1)的纵向空白隔离带(1.3)宽度为金属化膜(2)的留边(2.1)宽度的1.5-2倍，纵向隔离空隙带(1.5)的宽度为金属化膜留边(2.1)宽度的0.3-0.6。
7.根据权利要求1-6所述的任一金属化安全膜电容器的电极结构，其特征在于金属化安全膜(1)和金属化膜(2)均采用双向拉伸聚酯或聚丙烯介质薄膜为基膜蒸镀锌/铝金属构成复合电极层，聚丙烯介质薄膜厚度2.8-8μm。
专利摘要本实用新型涉及金属化安全膜电容器的电极结构，上膜层、下膜层密贴层叠，上膜层、下膜层分别制成金属化安全膜和金属化膜，或分别制成金属化安全膜和金属化膜的组合，由纵向空白隔离带和纵向空白隔离带分别把金属化安全膜和金属化膜在横向上分割成若干电极区，隔离带和隔离带错位设制，构成电容的串联结构，电极分区数与串接单元数相等。本实用新型利用串接分压的原理，使电容器的各内串接单元的极间工作电压下降到电容器制造工艺所能达到的最高许可局部放电起始电压以下，可抑制或减小电容器中的残留气体电晕放电对安全膜侵蚀作用，安全防爆，延长工作寿命，减小电极有效工作面积损失，降低制造工艺难度。
文档编号H01G4/005GK2879375SQ20062010232
公开日2007年3月14日 申请日期2006年4月4日 优先权日2006年4月4日
发明者吴克明 申请人:浙江南洋电子薄膜有限公司