一种薄膜电容器芯子及高压防爆薄膜电容器的制作方法

本实用新型实施例涉及电子元器件技术领域，尤其涉及一种薄膜电容器芯子及高压防爆薄膜电容器。

背景技术：

随着技术水平的发展，电子、家电、通讯等多个行业更新换代周期越来越短，而薄膜电容器凭借其良好的电工性能和高可靠性，成为推动上述行业更新换代不可或缺的电子元件。

薄膜电容器广泛应用于工业及民用各领域中，某些领域对电容器安全性要求非常高，比如家用电器、工业控制及防火等级高的应用场合。薄膜电容器的安全性至关重要，所以需要研发设计一种安全的高压防爆电容器，可更好的满足相关电路的使用要求，提升终端的产品的安全性。

目前，薄膜电容器在承受高压时容易击穿起火，造成重大的安全隐患。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本实用新型实施例提供了一种能承受高电压，具有防爆功能，提高产品安全性的薄膜电容器芯子及高压防爆薄膜电容器。

为解决上述技术问题，本实用新型实施例提供以下技术方案：

本实用新型实施例提供了一种薄膜电容器芯子，包括：

内芯子层，所述内芯子层包括第一基膜以及蒸镀在所述第一基膜上的第一金属镀层，所述第一金属镀层包括第一电极连接区和第一金属区，所述第一金属区包括若干个第一金属块，每一所述第一金属块均与所述第一电极连接区连接，每一所述第一金属块包括若干个第一金属子块和若干第一保护丝，每一所述第一金属块中的若干个第一金属子块组成网状结构，并且一所述第一金属块中相邻两个第一金属子块之间通过一第一保护丝连接；

外芯子层，所述外芯子层包括第二基膜以及蒸镀在所述第二基膜上的第 二金属镀层，所述第二金属镀层包括第二电极连接区和第二金属区，所述第二金属区包括若干个第二金属块，每一所述第二金属块均与所述第二电极连接区连接，每一所述第二金属块均包括若干个第二金属子块和若干第二保护丝，每一所述第二金属块中的若干个第二金属子块组成网状结构，并且每一所述第二金属块中相邻两个第二金属子块之间通过一第二保护丝连接。

进一步的，所述第一基膜在长度方向上并且在所述第一金属区远离所述第一电极连接区的一侧设置有第一留边。

进一步的，所述第二基膜在长度方向上并且在所述第二金属区远离所述第二电极连接区的一侧设置有第二留边。

进一步的，所述若干个第一金属块并排设置，并且相邻两个所述第一金属块之间具有间隙。

进一步的，所述若干个第二金属块并排设置，并且相邻两个所述第二金属块之间具有间隙。

进一步的，所述第一电极连接区的高度高于所述第一金属区的高度，并且所述第一电极连接区的高度自远离所述第一金属区的一侧往靠近所述第一金属区的一侧逐渐降低；

所述第二电极连接区的高度高于所述第二金属区的高度，并且所述第二电极连接区的高度自远离所述第二金属区的一侧往靠近所述第二金属区的一侧逐渐降低。

进一步的，所述第一电极连接区和所述第二电极连接区的方阻为3Ω+/-30％，所述第一金属区和所述第二金属区的方阻为10Ω+/-30％。

本实用新型实施例还提供了一种高压防爆薄膜电容器，包括

上述任一项所述的薄膜电容器芯子；

喷金层，所述喷金层附着在所述薄膜电容器芯子的端面；

引出线，所述引出线熔接在所述喷金层内；

环氧树脂内包层，包覆所述薄膜电容器芯子，所述环氧树脂内包层采用酸酐类高温型高纯度环氧树脂；

阻燃环氧粉末外包层，包覆所述环氧树脂内包层，所述阻燃环氧粉末外包层采用PBT材料。

进一步的，所述引出线包括片式端子或引线。

进一步的，所述阻燃环氧粉末外包层的形状包括圆柱形、边缘平滑过渡的长方体或正方体。

本实用新型的有益效果是：与现有技术相比较，本实用新型实施例提供了一种薄膜电容器芯子及高压防爆薄膜电容器。所述高压防爆薄膜电容器通过采用的内芯子层与外芯子层上的金属镀层结构设计达到防爆的效果；当出现较小的击穿点时，即某一所述第一金属子块或所述第二金属子块击穿，所述第一保护丝或所述第二保护丝断开，阻止与击穿的所述第一金属子块或所述第二金属子块相邻的所述第一金属子块或所述第二金属子块击穿，当更多的所述第一金属子块或所述第二金属子块击穿，短路电流更大时，所述第一金属块或第二金属块对应区域的所述第一电极连接区或所述第二电极连接区断开，使得击穿的所述第一金属块或第二金属块与电极隔离开，避免持续击穿而致使起火燃烧。采用T形与网状安全膜的组合设计，由于网状安全膜金属块较小，所述第一保护丝或所述第二保护丝动作后，失效区域小，容量衰减也比较小，该组合设计既可以保证安全性也可以控制容量的衰减量；产品封装采用防火等级较高的PBT材料的阻燃环氧粉末外包层及高阻燃的酸酐类高温型高纯度环氧树脂封装，整个保护封装层均具有很高的防火特性。封装层与薄膜电容器芯子组成更安全的高压防爆薄膜电容器，满足特殊要求场合的应用。

【附图说明】

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1为本实用新型实施例提供的一种高压防爆薄膜电容器结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种薄膜电容器芯子展开截面图；

图3为本实用新型实施例提供的一种薄膜电容器芯子展开图。

【具体实施方式】

为了便于理解本实用新型，下面结合附图和具体实施方式，对本实用新型进行更详细的说明。需要说明的是，当元件被表述“固定于”另一个元件， 它可以直接在另一个元件上、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。当一个元件被表述“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。本说明书所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”、“内”、“外”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是用于限制本实用新型。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。此外，下面所描述的本申请不同实施例中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

需要说明的是，附图3标记的X方向为薄膜电容器芯子展开图的长度方向。

请参阅图1至图3，高压防爆薄膜电容器100包括薄膜电容器芯子10，喷金层20，引出线30，环氧树脂内包层40以及阻燃环氧粉末外包层50。

所述薄膜电容器芯子10包括依次层叠卷绕的内芯子层1和外芯子层2，即将所述内芯子层1和外芯子层2按照一定的次序和位置叠放在一起，然后依照一定的规则卷绕起来，比如，从卷绕的起始位置设定卷绕的第一圈时的直径或宽度。在一些实施例中，所述薄膜电容器芯子10可以是将所述内芯子层1和外芯子层2反复层叠，在给定电势差的情况下，利用所述内芯子层1和外芯子层2上的上下对应的金属镀层存储电荷，即电容量。

所述内芯子层1包括第一基膜11以及蒸镀在所述第一基膜11上的第一金属镀层12，所述第一金属镀层12包括第一电极连接区121和第一金属区122，所述第一金属区122包括若干个第一金属块1221，每一所述第一金属块122均与所述第一电极连接区121连接，每一所述第一金属块1221包括若干个第一金属子块12211和和若干第一保护丝123，每一所述第一金属块1221中的若干个第一金属子块12211组成网状结构，并且一所述第一金属块1221中相邻两个第一金属子块12211之间通过一第一保护丝123连接。

在本实施例中，所述第一基膜11为聚丙烯基膜，聚丙烯基膜为金属化薄膜电容器所采用的一种塑胶薄膜，由于普通的薄膜卷绕而成的电容器随着其工作时间的增加，其内部的温升较快，导致电容器的稳定性急剧下降，甚至 容易造成电容器的失效，给电气整机或电网的安全带来严重的隐患。所以，在本实施例中采用双向拉伸的聚丙烯基膜，具有较高的机械性能和电气性能，比如，具有较高的使用温度。在聚丙烯基膜的熔点为165度的基础上，还可以进一步提高聚丙烯基膜的使用温度。

在一些实施例中，所述第一基膜11可以采用其他的塑胶薄膜替代，例如，聚乙酯薄膜、聚丙烯薄膜、聚碳酸酯薄膜等。金属化薄膜是在塑胶薄膜的表面蒸镀一层金属膜代替金属箔做为电极，由于金属膜的厚度小于金属箔的厚度，所以卷绕或层叠后的电容器也比金属箔式的电容器的体积要小，更利于实现电容器小型化；金属化薄膜的电容器还具有“自愈”特性，假设在薄膜介质由于在某点存在缺陷以及在过电压作用下出现击穿短路，而击穿点的金属化层可在电弧的作用下瞬间融化蒸发形成一个很小的无金属区，使得电容器的两个电极重新互相绝缘而仍能继续工作，因此极大地提高了电容器工作的可靠性。

所述第一金属镀层12是蒸镀在所述第一基膜11一表面上，可以是上表面或下表面，蒸镀是将待成膜的物质置于真空中进行蒸发或升华，使之在工件或基片表面析出的过程。在本实施例中，所述第一金属镀层12为锌铝镀层，所述第一金属镀层12还可以为银、锌、铜、铝合金或其他复合金属镀层。

所述第一电极连接区121的高度高于所述第一金属区122的高度，并且所述第一电极连接区121的高度自远离所述第一金属区122的一侧往靠近所述第一金属区122的一侧逐渐降低。可以理解为所述第一电极连接区121的金属镀层做加厚处理。

所述第一基膜11在长度方向上并且在所述第一金属区122远离所述第一电极连接区121的一侧设置有第一留边13。所述若干个第一金属块1221并排设置，并且相邻两个所述第一金属块1221之间具有间隙。在本发明的实施例中，相邻两个所述第一金属块1221之间具有T形留边，所述T形留边与所述第一留边13相互作用，使得每一个所述第一金属块1221与所述第一电极连接区121通过两个所述T形留边的横向部分之间的间隙连接。

优选的，为尽量减少所述高压防爆薄膜电容器100的层间电容等寄生参数，所有所述第一金属块1221的厚度一致。在一些实施例中，所述若干个第一金属块1221的厚度可以高低错落或是渐变递增或渐变递减，所述若干个第 一金属块1221是薄厚均匀地覆盖在所述第一基膜11上的金属镀层，也可以是在镀层的表面镶刻着各式花纹、图案或线条的，即所述镀层的表面可以是镂空的。

在本实施例中，所述第一金属子块12211为菱形，所述菱形的四条边的中部均设置有所述第一保护丝123，在一些实施例中，所述第一金属子块12211可以为任意形状，例如，圆形、六边形等等，所述第一保护丝123也可以设置在第一金属子块12211边长的任意位置。具体的，当某一所述第一金属子块12211由于高电压击穿时，所述第一保护丝123断开连接，将击穿的所述第一金属子块12211隔离，避免与击穿的所述第一金属子块12211相邻的所述第一金属子块12211受影响而持续击穿；如果短路电流增大，所述第一金属块1221内的所述若干个第一金属子块12211击穿，与所述第一金属块1221相连的所述第一电极连接区121对应区域蒸发熔断，相应的，所述第一金属块1221与电极断开连接，被隔离而成为一个孤立的金属块，避免并排设置的其他所述第一金属块1221受影响而持续击穿。

由于网状结构的所述第一金属子块12211的区域较小，所述第一保护丝123动作后，失效区域较小，容量衰减也较小。所述第一金属镀层12的结构设计既可以保证安全性，也可以控制容量的衰减量。

在本实施例中，所述第一电极连接区121的方阻为3Ω+/-30％，使得端面与镀金层20的有更小的接触电阻；所述第一金属区122的方阻为10Ω+/-30％，使得所述高压防爆薄膜电容器100具有更好的治愈特性以承受更高的介质电压。在一些实施例中，只要使得端面与镀金层20的有更小的接触电阻或使得所述高压防爆薄膜电容器100具有更好的治愈特性以承受更高的介质电压，所述第一电极连接区121和所述第一金属区122的方阻可以控制在一个合适的范围，不限定于本实施例所描述的方阻范围。

所述外芯子层2包括第二基膜21以及蒸镀在所述第二基膜21上的第二金属镀层22，所述第二金属镀层22包括第二电极连接区221和第二金属区222，所述第二金属区222包括若干个第二金属块2221，每一所述第二金属块2221均与所述第二电极连接区221连接，每一所述第二金属块2221均包括若干个第二金属子块22211和若干第二保护丝223，每一所述第二金属块2221中的若干个第二金属子块22211组成网状结构，并且每一所述第二金属块2221 中相邻两个第二金属子块22211之间通过一第二保护丝223连接。

在本实施例中，所述第二基膜21为聚丙烯基膜，所述第二金属镀层22为锌铝镀层。在一些实施例中，所述第二基膜21可以采用其他的塑胶薄膜替代，例如，聚乙酯薄膜、聚丙烯薄膜、聚碳酸酯薄膜等，所述第一金属镀层12还可以为银、锌、铜、铝合金或其他复合金属镀层。

所述第二电极连接区221的高度高于所述第二金属区222的高度，并且所述第二电极连接区221的高度自远离所述第二金属区222的一侧往靠近所述第二金属区222的一侧逐渐降低。可以理解为所述第二电极连接区221的金属镀层做加厚处理。

所述第二基膜21在长度方向上并且在所述第二金属区222远离所述第二电极连接区221的一侧设置有第二留边23。所述若干个第二金属块2221并排设置，并且相邻两个所述第二金属块2221之间具有间隙。在本发明的实施例中，相邻两个所述第二金属块2221之间具有T形留边，所述T形留边与所述第二留边14相互作用，使得每一个所述第二金属块2221与所述第二电极连接区221通过两个所述T形留边的横向部分之间的间隙连接。

优选的，为尽量减少所述高压防爆薄膜电容器100的层间电容等寄生参数，所有所述第二金属块2221的厚度一致。在一些实施例中，所述若干个第二金属块2221的厚度可以高低错落或是渐变递增或渐变递减，所述若干个第二金属块2221是薄厚均匀地覆盖在所述第二基膜21上的金属镀层，也可以是在镀层的表面镶刻着各式花纹、图案或线条的，即所述镀层的表面可以是镂空的。

在本实施例中，所述第二金属子块22211为菱形，所述菱形的四条边的中部均设置有所述第二保护丝223，在一些实施例中，所述第二金属子块22211可以为任意形状，例如，圆形、六边形等等，所述第二保护丝223也可以设置在第二金属子块22211边长的任意位置。具体的，当某一所述第二金属子块22211由于高电压击穿时，所述第二保护丝223断开连接，将击穿的所述第二金属子块22211隔离，避免与击穿的所述第二金属子块22211相邻的所述第二金属子块22211受影响而持续击穿；如果短路电流增大，所述第二金属块2221内的所述若干个第二金属子块22211击穿，与所述第二金属块2221相连的所述第二电极连接区222区域蒸发熔断，相应的，所述第二金属块2221 与电极断开连接，被隔离而成为一个孤立的金属块，避免并排设置的其他所述第二金属块2221受影响而持续击穿。

由于网状结构的所述第二金属子块22211的区域较小，所述第二保护丝223动作后，失效区域较小，容量衰减也较小。所述第二金属镀层22的结构设计既可以保证安全性，也可以控制容量的衰减量。

在本实施例中，所述第二电极连接区221的方阻为3Ω+/-30％，使得端面与镀金层20的有更小的接触电阻；所述第二金属区222的方阻为10Ω+/-30％，使得所述高压防爆薄膜电容器100具有更好的治愈特性以承受更高的介质电压。在一些实施例中，只要使得端面与镀金层20的有更小的接触电阻或使得所述高压防爆薄膜电容器100具有更好的治愈特性以承受更高的介质电压，所述第二电极连接区221和所述第二金属区222的方阻可以控制在一个合适的范围，不限定于本实施例所描述的方阻范围。

所述喷金层20附着在所述薄膜电容器芯子10的表面，采用电弧或火焰等热源，将需要喷涂的各类焊料丝材融化并在高压空气的作用下雾化，粉碎后的金属粒子以高速喷涂在对热能具有极高灵敏度的所述薄膜电容器芯子10的端面薄膜层间隙中，使所述薄膜电容器芯子10从内绕层至外绕层形成一个等电位的金属电极面，为电极引出提供一个桥接平台。

所述薄膜电容器芯子10在喷金机上的行走方式主要有履带式和转盘式，所述喷金层20的工艺一般要使金属涂层与金属化膜具有良好的结合强度，喷金涂层的颗粒度需要更为细小、使得表面粗糙度较小，喷金涂层的径向厚薄要较为均匀。所述喷金层20可以采用锌丝、巴氏合金(锡锑铜合金)、锡锌合金或四元合金(锡锑铜锌合金)等。

在本实施例中，所述喷金层20采用高比例锡锌合金，所述高比例锡锌合金的喷金颗粒更为细小，有利于使得喷金颗粒渗透到所述薄膜电容器芯子10，更有效地降低端面的接触电阻，进一步减小等效串联电阻。使得所述高压防爆薄膜电容器100在高频电流下，越小的等效串联电阻发热量越小，保证了所述高压防爆薄膜电容器100的品质稳定性，提升了产品寿命。

所述引出线30的一端熔接在所述喷金层20，并且另一端依次穿过所述环氧树脂内包层40和阻燃环氧粉末外包层50。在本实施例中，所述引出线为纯铜镀锡线，用于作为电极引出线。在一些实施例中，所述引出线30可以利用 金属箔作为电极引出线，所述引出线30还可以利用任意的导电金属丝线作为电极引出线，例如，银、锡、铜等或在上述的金属表面加上用于防止生锈和利于焊接的其他金属镀层，即所述引出线30可以为片状或者线状。

由于PCB板的开孔大多为圆形，所以，所述引出线30的横截面也为圆形。一般，所述引出线30有两种形态，分别为立式和卧式，立式的所述高压防爆薄膜电容器100的两根引脚位于同一侧，相互平行且垂直于所述高压防爆薄膜电容器100的下表面；卧式的所述高压防爆薄膜电容器100的两根引脚位于相对的两侧，处于同一水平线上且分别垂直于所述高压防爆薄膜电容器100的上表面和下表面。在一些实施例中，所述引出线30的引线可以通过机械加工的方式，将所述高压防爆薄膜电容器100的引脚变成预期的形状，用以满足插装过程的工艺要求，此过程的工艺要求不仅包括插装时的尺寸要求，而且还包括应力稀放、散热、高度等要求，所述高度的最大允许值为焊点到产品外壳的距离。

所述环氧树脂内包层40包覆所述薄膜电容器芯子10，在本实施例中，所述环氧树脂内包层40采用酸酐类高温型高纯度环氧树脂。所述酸酐类高温型高纯度环氧树脂可以保证所述高压防爆薄膜电容器100可以在特殊的环境(例如高温、高湿)下使用，有效地增加所述高压防爆薄膜电容器100的产品使用寿命。所述环氧树脂内包层40还可以采用其他一些具有耐高温特性、良好渗透性、优良密闭性和优良防火特性的材料作为所述高压防爆薄膜电容器100的填充材料。

所述阻燃环氧粉末外包层50包覆所述环氧树脂内包层40，所述阻燃环氧粉末外包层50可以为密封及阻燃等级较高的环氧粉末，例如，UL94/V-0级的PBT材料，也可以为金属材料的外壳。所述阻燃环氧粉末外包层50的形状包括圆柱形、边缘平滑过渡的长方体或正方体。在一些实施例中，所述阻燃环氧粉末外包层50的内壁为粗糙的限位结构，用以阻止所述环氧树脂内包层40在所述阻燃环氧粉末外包层50内滑动；所述阻燃环氧粉末外包层50与所述薄膜电容器芯子10之间设置有固定支架；在所述阻燃环氧粉末外包层50上设置有散热筋，可以增加所述高压防爆薄膜电容器100的散热面积。

在本实施例中，所述薄膜电容器芯子10经过喷金工序后，与所述引出线30熔接，然后装入所述阻燃环氧粉末外包层50，即PBT塑料壳，最后灌注所 述环氧树脂内包层40。在一些实施例中，所述高压防爆薄膜电容器100的制作方法包括：1、将薄膜金属化；2、卷绕、定型；3、喷金；4、赋能；5、焊接装配；6、测试，筛选良品，以上的步骤可以通过流水线上不同的自动化设备顺序完成，也可以通过同一种自动化设备顺序完成。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；在本实用新型的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。