专利名称：Cbb81h型低等效串联电阻、耐高温、长寿命聚丙烯薄膜电容器的制作方法
技术领域：
薄膜电容器领域。
背景技术：
薄膜电容器近些年来用于低碳节能照明、太阳能风能发电等领域越来越广泛，其中用于LED灯、高频无极灯和低频无极灯的薄膜电容仍然为传统的CBB81型，它们在85°C高温和50KHZ高频情况下就开始失效，平均寿命只在25000小吋，出现容量裹减，爆裂，使整个 灯随之报废。随着低碳节能照明的发展，人们对频闪效应、紫外辐射，光污染提出了新要求，对照明灯的寿命也越来越重视，大功率LED灯和高频无极灯和低频无极灯的迅猛发展，适应了时代的发展，它对薄膜电容器提出了新的挑战，其中I、温度从原来的85°C提高到105°C，最高到125°C ；2、频率从原来的40-50KHZ提高到230KHZ，最高到2. 65MHZ ；3、寿命从原来的25000小时提高到10万小时；面对这样的挑战，传统的CBB81型电容器是无法应战的。高价值、高附加值的大功率LED灯和高频无极灯和低频无极灯领域迫切需要耐高温长寿命的新型薄膜电容器。传统的CBB81型薄膜电容的主要缺陷和不足是I、采用材料的局限性①传统的CBB81型采用的金属化聚丙烯膜，其方阻參数一般在10-15，这样高的方阻是电容器的等效串联电阻(ESR)变高的主要原因，等效串联电阻(ESR)变高导致内部自温升变得很高，自温升越高的电容器，在环境温度升到85°C以上，内部温度就会超过105 0C o②传统的CBB81型采用的聚丙烯基膜是普通的聚丙烯低温膜，在85°C以下才能正常工作，其极限温度为95°C，当内部温度达到105°C时，薄膜就开始严重萎縮。这种萎縮会给电容器带来致命的质量问题容量裹减和电容器爆裂。2、采用的结构设计不足和缺陷①聚丙烯金属化膜只用单层，且为高方阻，使电容器自温升很高；②电极层铝箔向外错幅1-1. 5mm，砸实后，堆积在电容器电极的引出端，形成夹在喷金层和电容器卷绕体之间的疏松堆积层，见图I。这ー层増大了接触电阻，降低了喷金层与电容器卷绕体之间的附着力，也使引线与电容主体的机械强度(拉力)变得很差，一般小于IN。以上4条缺陷和不足，是传统CBB81型电容器不能耐高温、出现容量裹减，导致电容器迅速发热、熔化、爆裂的根本原因。
发明内容
I、要解决的技术问题①减小电容器内部自温升是提闻电容器耐闻特性的关键。电容器自温升是电容器在环境温度较高的情况失效的内部原因之一。自温升的高低主要受等效串联电阻(ESR)值的影响较大，等效串联电阻(ESR)越大，电容器的内部自温升越高，减小等效串联电阻(ESR)是减小电容器自温升的有效方法。而等效串联电阻(ESR)由两部分组成第一部分(也是主要部分)是内串结构中串联2个电容C1和C2的电极层——金属化膜的铝金属镀层，镀层的方阻越高，等效串联电阻越大，镀层的方阻越低，电容器的等效串联电阻越小第二部分是喷金层与电容卷绕体(即引出电极用的铝箔电极层)之间的结合部 位，结合的越牢固，等效串联电阻(ESR)就越小。见图2。A、传统的CBB81型电容采用单层镀层，方阻在10-12，本发明专利采用双层镀层作C1和C2的联接电极层，每ー层的方阻在1-3范围内，2层对扣之后，方阻又降低一半，只在
0.6左右；从而使电容器的等效串联电阻的第一部分变得很小。B、传统的CBB81型电容采用铝箔向外错幅1_1. 5结构，见图I。虽然采用砸实エ艺，但错出的铝箔在电容器的端面形成疏松层，见图2。这ー层増大了接触电阻，影响喷金层与电容器卷绕体之间的结合力和附着力。本CBB81H型发明专利采用了铝箔与PPH膜MPPH膜对齐的新エ艺，在喷金层和电容器卷绕体之间无疏松层，见图3。喷金料直接喷在电容器端部的铝箔和PPH膜MPPH膜上，结合的好，附着力強，大幅度减小了接触电阻，从使等效串联电的第2部分也变得很小。②提高电容器材料的耐温特性，是解决电容器耐高温的最直接方法电容器在高温条件下(如105°C )使用时出现容量裹减、失效的直接原因，是电容器的薄膜MPP膜、PP膜耐温特性达不到要求。传统的CBB81几乎全部使用普通膜，而本发明专利CBB81H型使用的是耐高温为105 110°C的高温膜，由于材料本身是耐高温材料，所以在105 110°C的高温环境下使用时，薄膜不会因受高温而发生萎縮，所以容量不会发生裹减。③提高电容器材料的耐温特性和将铝箔与PPH膜MPPH膜对齐，提高喷金层与电容器卷绕体的结合力、附着力，是消除电容器在高温条件下使用出现爆裂——即电流失效的最有效方法。普通聚丙烯膜(PP膜和MPP膜)耐温极限为95°C，当环境温度升到105°C或110°C时，由于电容器内部的自温升共同作用，使电容器的内部温度会达到118-120°C，这时薄膜发生萎縮，使喷金层与电容器卷绕体端面出现缝隙，接触变差，隙间电流就会増大，这时电容器的损耗角正切值迅速升高，它的升高又使电容器的内部发热加剧，隙间电流进ー步增大，发热加剧又使损耗角正切值再度升高，又导致电容器内部再度发热，如此循环下去，最后电容器溶化爆裂。2、技术方案我司的CBB81H型电容器这ー发明专利主要的技术方案为①用低方阻材料代替CBB81型中的高方阻材料CBB81型金属化膜的方阻10-12 ；
CBB81H型金属化膜MPPH的方阻为1-3。②用双层低方阻材料代替CBB81型中的单层高方阻材料CBB81H型是用2个方阻为1_3的MPPH膜对扣使用，如图3所示，结果方阻降至0. 5 I. 5 ;③用高温膜MPPH和PPH分别代替低温膜MPP和PP，材料的耐温分别为MPP和PP耐温指标为95 °C ；MPPH 和 PPH 耐温指标为 105°C -110°C。④传统的CBB81型电容，铝箔错幅为1-1. 5mm，本发明专利CBB8IH型电容器采用铝 箔与MPPH、PPH对齐的卷绕エ艺，如图3所示。喷金层与电容器卷绕体端面直接接触结合，由于溶化的锡锌合金直接喷射到电容器对齐的端面，并淀积在端面上，所以附着力比CBB81型大4倍以上。即喷金层与电容器卷绕体的端面结合力在4N以上，而CBB81型的结合力在IN以下，同时减小了内阻，损耗角正切值降低了 3倍，解决了 CBB81无法解决的问题。3、有益效果CBB81H型电容器，与传统的CBB81型电容器相比，有益效果如下①因采用了低方阻并且采用双层对扣金属化膜结构，方阻比传统的CBB81型电容器降低了 8-16倍，即方阻为0. 5-1. 5。所以电容器内部等效串联电阻也会随之降低10倍左右，因而电容器的自温升也就大幅度下降，解决了电容器因高温发热爆裂而失效的内因。②因采用了高温膜，膜本身的耐温比传统的CBB81型电容器的耐温提高了10-15°C，也就是电容器的金属化膜MPPH和聚丙烯光膜PPH可在105°C _110°C高温下不产生萎縮，从而电容器的容量不产生裹减，同时卷绕体与喷金层之间的结合处不会因萎缩而脱开，也就不会在此处产生大电流——发热——损耗角正切值tg 6迅速升高，再度发热环循反应，解决了发热而失效的又ー个内因。③因采用了 MPPH、PPH和AL铝箔完全对齐的结构设计，使CBB81H型电容器无铝箔疏松层，见图3，进ー步减小了电容器的内部等效串联电阻，解决了电容器因自温升发热快而爆裂失效的第3个内因。解决了电容器以上3个内因，使电容器在高温105°C或110°C环境温度下内部的温度基本上与环境温度相同(传统的CBB81型内部温度比环境温度会高20-30.度)，这就是CBB81H型电容器为什么在105°C和110°C工作时不失效的根本原因。④由于CBB81H型电容器无疏松层，喷金层与卷绕体的结合力大于4N，所以在制程中，焊接引线之后的电容器芯子的机械强度很好，此时芯子手工排板エ艺改为机器全自动排板エ艺，节省了人工成本，提高效率4倍以上。⑤由于以上4条原因，CBB81H型电容器比CBB81型电容器的最重要參数损耗角正切值 tgS 降低了 3 倍(CBB81 型在 9-12 X KT4(IOKHZ)，而 CBB81H 型在 3-4 X KT4(IOKHZ),高温105 110°C情况下的耐电压提高了 2倍，即电性能有很大提高。⑥由于以上5条原因，本发明专利CBB8IH型电容器比传统CBB81型电容器的寿命提高了 4倍，CBB81型的寿命平均在25000小时，而CBB81H型的寿命在10万小时以上。而且失效率<< 1PPM。⑦CBB81H型电容器在生产エ序上节省了错幅铝箔的砸实エ艺和内包之后的修气泡エ艺。
⑧在用材料方面，节省铝箔1/6。⑨缺点材料由I层金属化膜MPP和3层光膜PP变成2层MPPH和2层PPH ;每只电容器的材料成本增加了 0. 006元/只左右。
下面结合附图和实施例对发明专利进一点说明图I和图2是目前传统薄膜电容器(公知的电容器)的横向剖面构造图。图I是错幅1-1.5mm的铝箔未经过砸实的剖面构造图，其中①为金属化膜的铝镀层；②为MPP金属化聚丙烯膜的基膜；③为PP聚丙烯膜；④为AL电极层铝箔；⑤为PP聚丙烯膜；⑥为PP聚丙烯膜^为内串结构Cl和C2电容器的间隔け为金属化膜的留边量'z为招猜的错幅；图2是经过砸实之后并且喷金后的剖面构造图。其中①为金属化膜的铝镀层
为MPP金属化聚丙烯膜；③为PP聚丙烯膜；④为AL电极层铝箔；⑤为PP聚丙烯膜；⑥为PP聚丙烯膜；d层为错幅I I. 5mm的铝箔砸实后的疏松堆积层；P层为锌锡合金喷金层。图3是发明专利实施例的横向剖面构造图。其中①为PPH聚丙烯膜；②为MPPH金属化聚丙烯膜；③为金属化膜的铝镀层；④为MPPH金属化聚丙烯膜；⑤为PPH聚丙烯膜；⑥为AL电极层铝箔；x为内串结构Cl和C2电容器的间隔；y为金属化膜的留边量；P层为锌锡合金喷金层。在两侧喷金层的内側，MPPH膜，PPH膜和AL电极层铅箔的端面是对齐的，即在卷绕电容的芯子吋，两端所有材料是对齐的，铝箔没有向外错幅，即错幅为0。锡锌合金直接喷在芯子的端面上，构成P层-喷金层。
具体实施例方式图3是发明专利实施例的横向剖面构造图，在图3中，使用了 2层MPPH耐高温低方阻的金属化聚丙烯膜，而且两层对称使用，见图3中的②③④层。而在两层对称的MPPH的上面和下面各加ー层PPH聚丙烯高温膜见图3中的①⑤层。又在PPH膜的下面使用2条铝箔，见图3中的⑥层。2条铝箔中间留4-5mm的间隔(根据额定电压的高低，调整间隔的大小)，构成Cl和C2两个电容，由MPPH的低方阻铝金属化镀层将Cl和C2串联。使用的MPPH膜和PPH膜宽度相等。两端对齐。且与铝箔对齐。按这样的结构进行卷绕，卷绕圈数的多少取决于具体电容的容量。将卷好的圆柱体电容芯子热压定型后在端面喷锡锌合金，将电极层连接在一起，之后在喷金层上焊接CP线，引出电极。再用纯环氧树脂内包，外面再进行粉末包封，一个完整的CBB81H型低等效串联电阻、耐高温、长寿命聚丙烯薄膜电容器就生产出来了。由于本发明专利采用双层低方阻MPPH膜和端面对齐无错幅无铝箔堆积层エ艺，电容器的等效串联电阻极低，所以该电容器的自温升极小。又由于采用MPPH和PPH高温薄膜，在高温105°C左右薄膜不发生萎縮。这就是该电容器耐高温、长寿命的关键所在。
权利要求
1.ー种低等效串联电阻、耐高温、长寿命聚丙烯薄膜电容器。它用双层低方阻金属化聚丙烯高温膜MPPH对扣使用代替用单层高方阻金属化聚丙烯常温膜，而且在卷绕结构上，将低方阻耐高温金属化膜MPPH与耐高温PPH膜以及铝箔两端对齐，代替错幅エ艺。其特征是 (1)采用双层低方阻金属化膜，降低了电容器电极层的方阻； (2)采用对齐卷绕エ艺，取消了铝箔错幅而形成的铝箔堆积层，使喷金层与电极层直接接触减少了电容器的接触电阻； (3)采用高温膜提高了电容器直接抗高温特性。
2.根据权利要求I所述的电容器，其特征是两个低方阻的金属化膜对扣使用又成倍地降低了电极层的方阻，从而使电容器的等效串联电阻大幅度降低。
3.根据权利要求I所述的电容器，其特征是在电容器的卷绕体和喷金层之间无铝箔堆积层，喷金层与卷绕体之间的接触电阻大幅度降低从而减小了喷金层与卷绕体之间的发热。
4.根据权利要求1、2和3所述的电容器，其特征是减小了电容器自温升的产生的根本条件和原因，电容器的自温升减小了，电容器内部的温度与环境温度趋于一致，从根本上解决了电容器耐高温的问题，实现了电容器的寿命长达10万小时以上。
全文摘要
一种低等效串联电阻、耐高温、长寿命的聚丙烯膜电容器。它用双层低方阻金属化聚丙烯高温膜MPPH对扣使用，双层低方阻金属化层作为2个内串电容C1和C2的连接电极层，降低等效串联电阻，上下各加一层PPH聚丙烯高温膜，又在PPH膜的下面使用2条铝箔作两个内串电容器的引出电极层，在卷绕工艺上采用端面所有材料对齐工艺，并将喷金材料直接喷在对齐的卷绕体上，降低接触电阻。用高温膜代替常温膜，从而提高了电容直接抗高温特性。该电容自温升极小，电容器内部的温度与环境温度趋于一致，从根本上解决了电容器耐高温的问题，实现了电容器的寿命长达10万小时以上。
文档编号H01G4/14GK102737835SQ20111008877
公开日2012年10月17日 申请日期2011年4月8日 优先权日2011年4月8日
发明者李新安, 李骁 申请人:深圳市铜峰电子有限公司